@phdthesis{Keidel2011,
  author    = {Keidel, Kristina},
  title     = {Charakterisierung des Hfq-Regulons in Bordetella pertussis und Bordetella bronchiseptica},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66677},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Bordetellen sind Gram-negative Kokkobazillen, die phylogenetisch zu den β-Proteobakterien z{\"a}hlen und in der Familie der Alcaligenaceae eingeordnet sind. Der bedeutendste Vertreter der Gattung, die nach heutigem Kenntnisstand neun Arten umfasst, ist Bordetella pertussis, der Erreger des Keuchhustens. Der Keim ist obligat humanpathogen und besitzt zahlreiche Virulenzfaktoren, um die Epithelzellen des Respirationstraktes zu besiedeln und zu zerst{\"o}ren, wodurch es zu dem charakteristischen Krankheitsverlauf kommt. Neben B. pertussis werden noch B. bronchiseptica und B. parapertussis dem sogenannten B. bronchiseptica-Cluster zugeteilt. Alle Vertreter des B. bronchiseptica-Clusters sind in der Lage, bei verschiedenen Wirtsspezies respiratorische Erkrankungen mit unterschiedlichem Schweregrad auszul{\"o}sen. Dabei weist B. bronchiseptica ein breiteres Wirtsspektrum auf und kann Atemwegserkrankungen in einer Vielzahl von S{\"a}ugetieren ausl{\"o}sen, wohingegen B. parapertussis vornehmlich Schafe und Menschen infiziert und bei letzteren eine schw{\"a}chere Form des Keuchhustens bewirkt. Das Hfq-Protein wurde urspr{\"u}nglich als Wirtsfaktor identifiziert, welcher f{\"u}r die Replikation des RNA-Phagen Qβ in Escherichia coli ben{\"o}tigt wird (host factor for Qβ oder HF-1). Es ist in Struktur und Funktion homolog zu den Sm-Proteinen aus Eukaryoten, die am Splicing von mRNAs involviert sind. Die Beteiligung des Hfq-Proteins an regulatorischen Vorg{\"a}ngen, die durch kleine nicht-kodierende RNAs (sRNAs) vermittelt werden, wurde erstmals in einer Studie zum Mechanismus der rpoS-Regulation durch die kleine regulatorische RNA OxyS ersichtlich. Seitdem konnte f{\"u}r eine Vielzahl an sRNAs gezeigt werden, dass sie an Hfq gebunden vorliegen und die Hilfe des Proteins bei der post-transkriptionellen Kontrolle ihrer Ziel-mRNAs ben{\"o}tigen. In dieser Hinsicht {\"u}bernimmt Hfq die Rolle eines RNA-Chaperons, indem es trans-kodierte sRNAs stabilisiert und die Basenpaarung mit ihren Ziel-mRNAs f{\"o}rdert. Dabei beeinflusst die Bindung der sRNA-Regulatoren an ihre Ziel-mRNAs deren Translation, sowohl aktivierend als auch inhibierend. Bislang wurden Hfq-Homologe in der H{\"a}lfte aller sequenzierten Gram-positiven und Gram-negativen Bakterienarten gefunden. Eine BLAST-Analyse ergab, dass B. pertussis und B. bronchiseptica Homologe zum Hfq-Protein aufweisen und diese in der ver{\"o}ffentlichten Genomsequenz bereits als Hfq-Protein annotiert sind. Fokus dieser Arbeit war weitestgehend, die Funktion des Hfq-Proteins in B. pertussis und vergleichend in B. bronchiseptica zu charakterisieren. Mittels Primer Extension-Analyse konnte zun{\"a}chst der Startpunkt des hfq-Transkripts in B. pertussis und B. bronchiseptica unter logarithmischen Wachstumsbedingungen bestimmt werden. Dieser Startpunkt war zudem unter station{\"a}ren Wachstumsbedingungen und nach Hitzestress aktiv, was in Diskrepanz zur Beobachtung in E. coli steht. Ferner konnte festgestellt werden, dass die hfq-Transkription nach Induktion verschiedener Stressformen in beiden Organismen erh{\"o}ht war. Nach Generierung der jeweiligen Δhfq-Mutanten in beiden Organismen wurden diese charakterisiert. Die B. pertussis Δhfq-Mutante zeigte ein deutliches Wachstumsdefizit gegen{\"u}ber dem Wildtyp, im Gegensatz zu B. bronchiseptica Δhfq, die sich im Wachstum wie der Wildtyp verhielt. Beide Mutanten zeigten sich sensitiver gegen{\"u}ber H2O2-Stress als der Wildtyp, nicht jedoch gegen{\"u}ber weiteren oxidativen Stressbedingungen oder Membranstress induzierenden Substanzen. Die Δhfq-Mutante in B. pertussis war zudem in ihrer F{\"a}higkeit zur Biofilmbildung beeintr{\"a}chtigt, was jedoch nicht f{\"u}r B. bronchiseptica Δhfq galt. Da Hfq an sRNA-mRNA-Interaktionen, welche die Translation der mRNAs beeinflussen, beteiligt ist, sollte {\"u}ber 2D-Gelelektrophorese das Hfq-regulierte Proteom in B. pertussis und B. bronchiseptica bestimmt werden. Auff{\"a}llig war, dass viele periplasmatische Transport-bindeproteine von der Δhfq-Mutation betroffen waren. Es zeigten sich aber auch Stoffwechselenzyme und wichtige Housekeeping-Faktoren, wie z. B. der Elongationsfaktor EF-Tu und das Chaperon GroEL, in der Δhfq-Mutante dereguliert. Generell scheint das Hfq-regulierte Proteom in B. pertussis und B. bronchiseptica nur einen kleinen Teil des gesamten Proteoms auszumachen. Zudem ist das Hfq-regulierte Proteom variabel zwischen verschiedenen Wachstumsbedingungen, aber auch zwischen den beiden Organismen trotz der engen Verwandtschaft. Die Expression ausgew{\"a}hlter Virulenzfaktoren zeigte keinen Unterschied zwischen Δhfq-Mutante und B. pertussis-Wildtyp.},
  subject      = {Bordetella pertussis},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmitt2010,
  author    = {Schmitt, Karin},
  title     = {Charakterisierung des BvgAS1,2-Regulons von Bordetella petrii},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53603},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Die Gattung Bordetella, die phylogenetisch in die Gruppe der β-Proteobakterien eingeordnet und zur Familie der Alcaligenaceae gez{\"a}hlt wird, umfasst nach heutigem Wissenstand neun Gram-negative Arten. Die klassischen Bordetella-Arten B. pertussis, B. parapertussis und B. bronchiseptica werden im sogenannten B. bronchiseptica-Cluster zusammengefasst. Der strikt humanpathogene Erreger B. pertussis stellt als Verursacher des Keuchhustens das wohl bedeutendste Mitglied der Gattung dar. B. parapertussis ist der Verursacher von respiratorischen Erkrankungen in Menschen und Schafen, w{\"a}hrend B. bronchiseptica f{\"u}r Atemwegserkrankungen in verschiedenen S{\"a}ugetieren verantwortlich gemacht wird. Zudem kann B. bronchiseptica f{\"u}r einen l{\"a}ngeren Zeitraum in der Umwelt {\"u}berleben. Die in den letzte Jahren identifizierten „neuen" Bordetella-Arten, B. avium, B. hinzii, B. holmesii, B. trematum und B. ansorpii, wurden alle human- oder tierassoziiert isoliert und besitzen unterschiedliches pathogenes Potential, das zum Teil noch n{\"a}her untersucht werden muss. Eine Ausnahme stellt der aus einer anaeroben dechlorinierten Flusssediment-Anreicherungskultur isolierte Keim B. petrii dar. Dieser ist bis zum heutigen Zeitpunkt der einzige Umweltkeim der Gattung Bordetella (von Wintzingerode, Schattke et al. 2001). In evolution{\"a}rer Hinsicht ist B. petrii besonders interessant, da er sowohl f{\"u}r orthologe Gene einiger Virulenzfaktoren der pathogenen Bordetellen kodiert, als auch die typischen Eigenschaften eines Umweltkeims aufweist und somit als Bindeglied zu fungieren scheint. Ein solcher Virulenzfaktor ist das BvgAS-System, das in den pathogenen Bordetellen den Hauptregulator der Virulenzgenexpression darstellt, aber in B. petrii strukturell komplexer aufgebaut ist. Neben dem auf Aminos{\"a}ureebene hoch konservierten Response Regulator bvgA, finden sich in B. petrii Gene f{\"u}r zwei Histidinkinasen, bvgS1 und bvgS2, sowie eine unabh{\"a}ngige hpt-Dom{\"a}ne. Eine periplasmatische Sensordom{\"a}ne fehlt in beiden Kinasen, und nur in BvgS1 konnte eine PAS-Dom{\"a}ne identifiziert werden. In den letzten Jahren wurden zunehmend B. petrii-Isolate aus den verschiedensten Habitaten isoliert, wie z.B. das Schwammisolate R521 (Sfanos, Harmody et al. 2005) und das klinisches Isolat aus einem Patienten mit mandibul{\"a}rer Osteomyelitis (Fry, Duncan et al. 2005). Im Rahmen dieser Arbeit wurde {\"u}ber einen PCR-Ansatz versucht, mit aus der Wildtypsequenz abgeleiteten Oligonukleotiden das BvgAS1,2-System der Isolate zu sequenzieren, aber nur im klinischen Isolat konnte ein orthologes Genfragment zum Response Regulator bvgA identifiziert werden. Ein Nachweis der Histidinkinasen sowie der hpt-Dom{\"a}ne schlug in allen untersuchten Isolaten fehl. Die vergleichenden Genomanalysen mittels DNA-Microarrays konnten aufgrund fehlender Hybridisierungen keine weiteren Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf DNA-Ebene zwischen den Isolaten und B. petrii DSM 12804 aufzeigen. B. petrii ist ein hoch variabler Umweltkeim, der sich an verschiedene Lebensbedingungen anpassen kann. Dies konnte auch durch die Isolation dreier ph{\"a}notypisch unterscheidbare Varianten w{\"a}hrend eines Langzeitwachstumsversuches gezeigt werden (Lechner 2008). Durch die Genomsequenzierung von B. petrii DSM 12804 konnten wenigsten sieben genomischen Inseln beschrieben werden (Gross, Guzman et al. 2008), die durch unterschiedliche Exzision f{\"u}r die Entstehung der Varianten und daraus resultierend f{\"u}r die Variabilit{\"a}t in B. petrii verantwortlich sind. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Gr{\"o}ße der einzelnen genomischen Inseln im Genom von B. petrii durch vergleichende Genomanalysen mittels DNA-Microarrays, mit Ausnahme von GI1, GI5 und GI6, im Vergleich zu den bioinformatischen Vorhersagen best{\"a}tigt werden. Diese Inseln zeigten in den Microarray-Analysen eine Vergr{\"o}ßerung bzw. Verkleinerung im Vergleich zu den zuvor beschrieben putativen Grenzen. Die große Instabilit{\"a}t des Genoms von B. petrii DSM 12804 konnte in dieser Arbeit auch durch Microarray-Analysen einzelner Klone aufgezeigt werden, die unterschiedliche Variationen im Bereich der genomischen Inseln aufwiesen. In den Analysen von B. petrii 12804 ΔbvgA bzw. ΔbvgAS konnten zus{\"a}tzlich zu den gezielten Manipulation im BvgAS1,2-Lokus weitere Deletionen im Bereich von bpet0196-0200, bpet4219-4235 und bpet4176 detektiert werden. Die Re-Integration dieser Genbereiche nach Klonierung einer BvgA-Komplementationsmutante deutet auf eine extrachromosomale plasmid-{\"a}hnliche Struktur dieser Bereiche hin. Dies konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend best{\"a}tigt werden und bleibt weiter zu untersuchen. Im Verlauf der evolution{\"a}ren Entwicklung der Bordetellen wurde das BvgAS-System, das urspr{\"u}nglich f{\"u}r die Adaption an Umweltbedingungen mit verschiedenen Sauerstoff-konzentrationen und/oder Temperaturen zust{\"a}ndig war, mit der Regulation der Expression der Virulenzgene verkn{\"u}pft (von Wintzingerode, Gerlach et al. 2002). In den Transkriptomanalysen zur Untersuchung der Funktionalit{\"a}t des BvgAS1,2-Systems in B. petrii konnte aufgezeigt werden, dass die Temperatur ein wichtiger Signalgeber f{\"u}r die Expression des Flagellen- und Chemotaxisoperons ist. In B. bronchiseptica wird die Motilit{\"a}t, bei Temperaturen unter 25°C, negativ durch das BvgAS-System reguliert. Auch in B. petrii konnte in den Untersuchungen eine negative Regulation der Flagellen- und Chemotaxisgene durch das BvgAS1,2-System unter diesen Bedingungen detektiert werden. Ob aber in B. petrii die gleiche hierarchische Struktur zur Regulation der Motilit{\"a}t besteht wie in B. bronchiseptica, bleibt zu untersuchen. Im Verlauf der Untersuchungen konnte dem BvgAS-Zwei-Komponentensystem in B. petrii auch eine Funktion im Energiestoffwechsel einger{\"a}umt werden, um auf wechselnde Sauerstoffbedingungen reagieren zu k{\"o}nnen. Die Messung des Sauerstoffgehaltes der Umgebung und damit eine Regulation der aeroben bzw. anaeroben Atmung erfolgt in B. petrii wahrscheinlich ebenfalls {\"u}ber das BvgAS1,2-System. Die in der Histidinkinase BvgS1 vorhergesagte PAS-Dom{\"a}ne scheint laut den Analysen f{\"u}r diesen Vorgang von großer Bedeutung zu sein. Desweiteren scheint das System auch die Zusammensetzung der Cytochromoxidase zur optimalen Anpassung an aerobe, mikroaerophile und anaerobe Bedingungen zu regulieren.},
  subject      = {Bordetella},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stuebs2004,
  author    = {St{\"u}bs, Dorothee},
  title     = {Identifizierung und Regulation von k{\"a}lteinduzierbaren Faktoren aus B. bronchiseptica},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12704},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {K{\"a}lteschockproteine werden in Bakterien, gleichermaßen wie die gut charakterisierten Hitzeschockproteine, bei hohen Temperaturschwankungen stark induziert und erm{\"o}glichen der Zelle durch unterschiedliche Funktionen ein Wachstum in der K{\"a}lte. In dieser Promotionsarbeit wurde begonnen, die K{\"a}lteschock-Antwort von Bakterien des Genus Bordetella zu charakterisieren. Sowohl B. bronchiseptica als auch B. pertussis codieren f{\"u}r f{\"u}nf K{\"a}lteschockproteine, die als CspA, CspB, CspC, CspD und CspE bezeichnet werden. Die f{\"u}nf Proteine weisen eine signifikante Homologie zum Haupt-K{\"a}lteschockprotein CspA aus E. coli auf. W{\"a}hrend in den Modellorganismen E. coli und B. subtilis mindestens vier (E. coli) bzw. alle drei (B. subtilis) csp-Gene deletiert sein m{\"u}ssen, um einen Wachstumsdefizit zu erkennen, gen{\"u}gt im Falle von B. bronchiseptica eine einzige Insertionsmutation im Gen cspB, um einen temperaturunabh{\"a}ngigen Wachstumsdefekt zu beobachten. Nach einem K{\"a}lteschock werden in B. bronchiseptica drei der f{\"u}nf csp-Gene, cspA, cspB und cspC, deutlich induziert. Betrachtet man das Expressionsmuster der f{\"u}nf csp-Gene unter verschiedenen Stressbedingungen, wie Zugabe von translationshemmenden Antibiotika, Hitzeschock oder osmotischer Stress, so l{\"a}sst sich ein komplexes Expressionsmuster aufzeichnen. Außerdem besitzen die drei k{\"a}lteinduzierbaren Gene cspA, cspB und cspC mehrere Transkriptionsstartpunkte, deren Transkriptmengen unter den verschiedenen Schockbedingungen stark variieren. Es stellte sich heraus, dass eine {\"U}berexpression von CspB aus B. bronchiseptica f{\"u}r die E. coli - Zelle toxisch ist, daher wurde das CspB-Protein als GST-Fusionsprotein exprimiert und {\"u}ber Glutathion-Sepharose aufgereinigt. Um eine potentielle Funktion von CspB in der Zelle zu untersuchen, wurden Filterbindeassays mit CspB::GST durchgef{\"u}hrt. Es wurde eine hochaffine, aber unspezifische Bindung an ssDNA festgestellt, was auf eine m{\"o}gliche Funktion von CspB als Chaperon hindeutet. Nach Synthese eines CspB-spezifischen Antik{\"o}rpers wurde die K{\"a}lteinduktion von CspB auch auf Proteinebene nachgewiesen. Durch 2D-Gelelektrophorese und massenspektrometrische Charakterisierung konnten 17 weitere k{\"a}lteinduzierbare Proteine aus B. bronchiseptica identifiziert werden. Darunter waren u. a. ein Chaperon mit {\"A}hnlichkeit zu GroES, ein Translationsinhibitor BB2940 und das CspB. Diese k{\"a}lteinduzierbaren Proteine {\"a}hneln den CIPs aus E. coli. Weiterhin konnten noch das UspA und mehrere am Metabolismus beteiligte Proteine als CIPs aus B. bronchiseptica identifiziert werden, was signifikante Unterschiede in Bezug auf die K{\"a}lteadaptation zwischen den beiden Organismen aufzeigt. Betrachtet man die Promotorbereiche aller identifizierten csp-Gene, so f{\"a}llt eine f{\"u}r diese Gene typische sehr lange 5'UTR auf. Innerhalb dieser upstream Region findet man in vier der f{\"u}nf csp-Gene einen 9 bp langen Consensus mit der Sequenz TCCTTGATT, der in nahezu gleichem Abstand vom postulierten Startcodon vorkommt. Diese identifizierte 9bp-box ist f{\"u}r eine effiziente Transkription in der K{\"a}lte jedoch nicht von Bedeutung. Auf posttranskriptioneller Ebene wird die lange 5'UTR f{\"u}r die Stabilisierung der cold-shock mRNA in der K{\"a}lte verantwortlich gemacht. Außerdem ist das Vorhandensein der kompletten 5'UTR essentiell f{\"u}r eine effiziente Translation bei niedriger Temperatur, wobei eine Mutation der 9bp-box einen geringen, aber signifikanten negativen Effekt auf die Translation aus{\"u}bt. Sechs Gene, der neu identifizierten CIPs, beinhalten ebenfalls eine 9bp-box in ihrer upstream Region. Interessanterweise werden zwei der f{\"u}nf csp-Gene, cspC und cspD, vom BvgAS Zweikomponentensystem, dem Haupttranskriptionsregulator der Virulenzgene im Genus Bordetella, reguliert. Die beiden Gene geh{\"o}ren zu den Bvg-negativ regulierten Genen, die in der Bvg-minus-Phase exprimiert werden. Weiterhin beeinflusst eine leichte {\"U}berexpression von CspB aus B. pertussis die Expression der Adenylatzyklase sowohl in B. pertussis, als auch in B. bronchiseptica negativ. Dieser f{\"u}r das CspB spezifische Effekt erinnert an das strukturell verwandte Tex-Protein (Fuchs et al, 1996; K{\"o}nig et al, 2002). Beide Proteine beeinflussen die Expression der Virulenzfaktoren negativ, wobei f{\"u}r CspB gezeigt werden konnte, dass es einen direkten Einfluss auf die verminderte cyaA-Expression auf Transkriptionsebene besitzt. Dies zeigt eine Verbindung der K{\"a}lteschockantwort mit dem Virulenz-Regulon der Bordetellen, deren Rolle im Infektionszyklus bislang ungekl{\"a}rt ist.},
  subject      = {Bordetella bronchiseptica},
  language  = {de}
}