@phdthesis{Woelke2010,
  author    = {W{\"o}lke, Stefan},
  title     = {Funktionelle Analyse von bakteriellen W-xxx-E Rho GTPasen GEF Mimetika mittels Typ 3 Sekretionssystems von Yersinia enterocolitica},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55010},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Die zellul{\"a}ren Rho GTPasen kontrollieren und regulieren zentrale elementare Zellvorg{\"a}nge wie Phagozytose, Migration und epitheliale Integrit{\"a}t. Aufgrund ihrer zentralen Stellung, interagiert eine Vielzahl von bakteriellen Cytotoxinen und Modulinen mit den Rho GTPasen und wirken so als Pathogenit{\"a}tsfaktoren. Die zur W-xxx-E Familie geh{\"o}renden Effektoren IpgB1 und IpgB2 von Shigella und Map von E. coli (Pathotypen EHEC und EPEC) werden {\"u}ber ein Typ 3 Sekretionssystem (T3SS) in Wirtszellen injiziert und wirken als Rac1, RhoA bzw. Cdc42 GEF Mimetikum. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effektor Funktionen von IpgB1 IpgB2 und Map mit Hilfe des Yersinia (Ysc)-T3SS untersucht, was zur Etablierung der „Yersinia-Toolbox" f{\"u}hrte. Damit k{\"o}nnen heterologe Effektoren isoliert im physiologischen Kontext der Erreger-Zell-Interaktion zellbiologisch untersucht werden unter Vermeidung von simultaner Injektion redundanter oder unbekannter Effektoren. Zur Etablierung der Yersinia-Toolbox wurden zun{\"a}chst die Gene f{\"u}r die Rho GTPasen modulierenden Shigella Effektoren IpgB1 und IpgB2 sowie der E. coli (EHEC)-Effektor Map mit unterschiedlich langen Gensequenzen der N-terminalen Bereiche des Yersinia-Effektorproteins YopE fusioniert (Hybridproteine: YopEi-X:i = 18, 53 bzw. 138 Aminos{\"a}urereste, X = IpgB1, IpgB2 bzw. Map). In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass die Hybridproteine YopE53-X und YopE138-X (X=IpgB1, IpgB2, Map) in den Kultur{\"u}berstand sezerniert bzw. in Zielzellen injiziert wurden. In einem weiteren Schritt konnte die zellbiologische Aktivit{\"a}t der heterologen Proteine fluoreszenzmikroskopisch durch Aktinzytoskelettumlagerungen gezeigt werden. So wurden „Membrane Ruffles" (Rac1-Aktivierung) durch YopE138-IpgB1, Stressfasern (RhoA-Aktivierung) durch E138-IpgB2 und „Mikrospikes" (Cdc42-Aktivierung) durch YopE138-Map nachgewiesen. Invasionstudien zeigten, dass YopEi-IpgB1 (i = 53, 138) die Yersinia-Invasion induzierte, wohingegen YopEi-IpgB2 die Invasionsrate der St{\"a}mme WA (pT3SS, pEi-IpgB2) (i=53, 138) verglichen mit dem Stamm WA (pT3SS) reduziert war. Durch Kombination verschiedener Yersinia-Toolbox-St{\"a}mme konnte im Co-Infektionsmodell mit HeLa-Zellen gezeigt werden, dass (1) die YopE138-IpgB1 vermittelte Invasion durch YopE138-IpgB2 signifikant inhibiert werden kann, was auf eine antagonistische Wirkung zwischen IpgB1 und IpgB2 schließen l{\"a}sst, dass (2) YopT ebenfalls die IpgB1 vermittelte Invasionsrate reduziert (inhibitorische Wirkung auf Rac1), und dass (3) YopE als GAP f{\"u}r RhoG/Rac1 (bevorzugt RhoG) praktisch nicht die IpgB1-vermittelte Invasion hemmt. Durch Klonierung der YopE138-IpgB1 und YopE138-IpgB2 kodierenden Fusionsgene in zwei kompatible Plasmidvektoren konnten die Hybridproteine simultan transloziert werden und die Co-Infektionsergebnisse best{\"a}tigt werden. In der Literatur ist beschrieben, dass die Ysc-Translokationspore YopB/YopD Rho-abh{\"a}ngig Membranporen-bedingte Zellsch{\"a}digungen verursacht (LDH-Freisetzung, PI-Kernf{\"a}rbung). Mit der Yersinia-Toolbox konnte mit dem Stamm WA (pT3SS) Zytoplasmamembransch{\"a}digung / Zytotoxizit{\"a}t nachgewiesen werden, nicht aber mit den St{\"a}mmen WA (pE138-X) X = IpgB1, IpgB2 oder Map. Co-Infektionen jedoch zeigen, dass vermehrt LDH bei der Infektion mit WA (pT3SS) + WA (pT3SS, pE138-IpgB1) detektiert wurde, wohingegen dieser Effekt von YopE138-IpgB2 in einer Co-Infektion von WA (pT3SS) + WA (pT3SS, pE138-IpgB2) inhibiert wurde. Auch hier wurde der Antagonismus zwischen IpgB1 und IpgB2 erneut sichtbar. Diese Befunde widersprechen publizierten Daten, die eine RhoA-Aktivierung/Aktinpolymerisierung mit verst{\"a}rkter Porenbildung in einen Zusammenhang bringen. Rho GTPasen sind beteiligt an der Erhaltung der polarisierten Eipthelzellschichtintegrit{\"a}t {\"u}ber Adh{\"a}sionskomplexbildung. Mittels Infektion von polarisierten MDCK-Zellschichten mit verschiedenen Yersinia-St{\"a}mmen und Messung des transepithelialen elektrischen Widerstandes/Resistenz (TER) konnte gezeigt werden, dass die Ysc-T3SS vermittelte Injektion von YopE138-IpgB1 (Rac1-Aktivierung) oder YopE138-Map (Cdc42-Aktivierung) zur Abnahme der TER und damit Sch{\"a}digung der Zellschichtintegrit{\"a}t f{\"u}hrt, wogegen bei YopE138-IpgB2-Injektion der TER-Wert unver{\"a}ndert blieb. Um bakterielle Rho GTPasen-modulierende Effektorproteine detailliert untersuchen zu k{\"o}nnen und um die Rolle von Rho GTPasen im Mausinfektionsmodell mit Yersinia enterocolitica und Salmonellen zu bestimmen, wurden M{\"a}use mit deletierten Genen f{\"u}r RhoA, Rac1 bzw. Cdc42 in Makrophagen hergestellt.},
  subject      = {Actin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rund2014,
  author    = {Rund, Stefan A.},
  title     = {Interferenz des probiotischen Escherichia coli Stammes Nissle 1917 mit Adh{\"a}sion, Replikation und Shiga Toxin Produktion von EHEC St{\"a}mmen in vitro},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-104837},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {E. coli Nissle 1917 (EcN) z{\"a}hlt durch seine fast hundertj{\"a}hrige Nutzung als Arzneimittel und aufgrund der weitreichenden Forschung w{\"a}hrend der letzten Jahrzehnte mittlerweile zu einem der am besten untersuchten Probiotika. EcN wird als Medikament zur Remissionserhaltung von Patienten mit Kolitis, bei chronischer Verstopfung und bei Durchfall von Kleinkindern eingesetzt. Der enteroaggregative - h{\"a}morrhagische - E. coli (EAHEC) mit dem Serotyp O104:H4 war 2011 in Deutschland f{\"u}r den bisher gr{\"o}ßten EHEC-Ausbruch seit Beginn der Aufzeichnungen verantwortlich. Es fehlt bis zum heutigen Tage immer noch an effektiven M{\"o}glichkeiten einer Infektionsprophylaxe oder einer Behandlung der Erkrankung. Ein alternatives Therapeutikum wird daher dringend ben{\"o}tigt. In dieser Arbeit wurden die antagonistischen Effekte von EcN auf pathogene E. coli St{\"a}mme wie dem EHEC Stamm EDL933 oder klinischen EAHEC O104:H4 Isolaten untersucht. Es wurden die Auswirkungen von EcN auf die Adh{\"a}sion an humane Epithelzellen, das Wachstum und die Shiga Toxin Produktion der pathogenen St{\"a}mme untersucht. Zus{\"a}tzlich wurde die Resistenz von EcN gegen{\"u}ber Shiga Toxin Phagen nachgewiesen. Zun{\"a}chst wurde die Adh{\"a}sionseffizienz der verschiedenen E. coli St{\"a}mme bestimmt. Der am schlechtesten an die humanen Epithelzelllinien Caco-2 und LS-174T adh{\"a}rierende Stamm war EcN. Dies ist insofern {\"u}berraschend, da von Probiotika erwartet wird, besser als Pathogene an Epithelzellen zu adh{\"a}rieren. Dem ungeachtet konnte jedoch gezeigt werden, dass EcN die Adh{\"a}sion von zwei EAHEC O104:H4 Isolaten, des nahe verwandten enteroaggregativen E. coli (EAEC) Stammes 55989 und des enteroh{\"a}morrhagischen (EHEC) E. coli Stammes O157:H7 EDL933 an beide Zelllinen hemmt. Die von EcN produzierten Mikrozine M und H47 konnten hier f{\"u}r einen Teil des beobachteten anti-adh{\"a}siven Effektes von EcN auf die pathogenen E. coli St{\"a}mme verantwortlich gemacht werden. Die Mikrozine wurden hier als einzige Substanz, die das Wachstum der pathogenen E. coli St{\"a}mme beeinflusst, identifiziert. Einer der wichtigsten Virulenzfaktoren von EAHEC und EHEC St{\"a}mmen ist das Shiga Toxin. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass EcN die Shiga Toxin Produktion der am h{\"a}ufigsten auftretenden EHEC St{\"a}mme (´Big Five´: O157:H7, O26:H11, O103:H2, O111:H-, O145:H25) und der klinischen Isolate von EAHEC O104:H4 im Zellkulturmedium DMEM hemmt. Auff{\"a}llig war, dass die Stx1 Produktion von EHEC O103:H2 und O111:H- nicht nur von EcN, sondern auch von E. coli K-12 Stamm MG1655, gehemmt wurde, im Gegensatz zur EcN-spezifischen Blockierung der Stx2-Produktion in den Serotypen O104:H4, O26:H11, O145:H25. Die Reduktion der Stx-Produktion in EAHEC O104:H4 TY3730 und TY3456, sowie EHEC O26:H11 war zum Teil von der Mikrozinproduktion abh{\"a}ngig. Diese hatte jedoch keinen Einfluss auf die Stx-Produktion in EHEC O157:H7 EDL933 und EHEC O145:H25. Bei Verwendung von LB-Medium zeigte sich im Gegensatz zum DMEM-Medium keine Mikrozin-Abh{\"a}ngigkeit der Toxinproduktion bei den EAHEC Isolaten TY3730 und TY3456. Die Toxinproduktion von EHEC EDL933 wurde ebenfalls nicht durch die Deletion der Mikrozin-Gene in EcN beeinflusst. Studien der Toxinproduktion in SCEM-Medium zeigten ebenfalls eine EcN-Dosisabh{\"a}ngige Reduktion der Stx-Produktion in Co-Kultur. Um den Mechanismus der Hemmung der Stx-Produktion zu untersuchen, wurden Versuche mit der EcN-Mutante EcN::luxS durchgef{\"u}hrt. Diese Deletion des AI-2 ´Quorum sensing´ Molek{\"u}ls in EcN hatte allerdings keinen Einfluss auf die Hemmung der Stx-Produktion. Der Einsatz von Acetat f{\"u}hrte, im Gegensatz zu publizierten Ergebnissen, nicht zu einer Reduktion der Stx-Produktion. Auch eine Beeinflussung der Lyse der EHEC-Bakterien, oder der Verminderung der Sekretion von Shiga Toxin durch EcN, konnte widerlegt werden. Zur Untersuchung der Stx-Expression wurde ein Assay mit einem biolumineszenten C-P (Chromosom-Plasmid) Reporter System etabliert. Damit konnte die Shiga Toxin Expression im Stammhintergrund EHEC EDL933 in Echtzeit untersucht werden. Hier wurde wiederum eine Reduktion der Shiga Toxin Expression in Co-Kultur mit EcN erfolgreich nachgewiesen. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass EcN nicht nur die Shiga Toxin Produktion von nicht-induzierten EAHEC Bakterien, sondern auch in mit Mitomycin C induzierten Bakterien hemmt. Als wichtiger Sicherheitsaspekt einer Behandlung mit EcN wurde die Resistenz von EcN gegen{\"u}ber Shiga Toxin Phagen untersucht. Die Infektion der Bakterien wurde hierbei mit stx-spezifischer PCR, Phagen-Plaque-Assay, Stx-ELISA und K+-Efflux Assay untersucht. Es konnte durch diese verschiedenen Methoden erfolgreich gezeigt werden, dass EcN nicht durch Shiga Toxin Phagen infiziert wird. Als m{\"o}glicher Resistenzmechanismus kommt hier eine Mutation vom Phagenrezeptor LamB in Frage, was jedoch noch best{\"a}tigt werden muss. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit wichtige antagonistische Effekte von EcN auf pathogene E. coli St{\"a}mme untersucht, die als Grundlage von neuen und dringend ben{\"o}tigten Behandlungen von EHEC-Infektionen dienen k{\"o}nnen.},
  subject      = {EHEC},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Keith2004,
  author    = {Keith, Caren Christine},
  title     = {Molekulare Untersuchungen zu Virulenzfaktoren und Klonalit{\"a}t enteroh{\"a}morrhagischer Escherichia coli der Serogruppe O103},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8827},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die vorliegende Untersuchung konnte die Hypothese einer klonalen Entwicklung von EHEC O103:H2 best{\"a}tigen. Die in Clustern angeordnete {\"U}bereinstimmungsrate der RAPD-Fragmentierungsmuster und der Plasmidrestriktionen zeigen diese {\"A}hnlichkeit innerhalb der Serogruppe auf, w{\"a}hrend Gemeinsamkeiten mit dem O157-Referenzstamm sich auf das Vorhandensein {\"a}hnlicher Virulenzfaktoren beschr{\"a}nken. Diese Varianz der ph{\"a}notypischen und genotypischen Eigenschaften zeigte bei der Untersuchung hinsichtlich ihrer Bedeutung f{\"u}r diagnostische, phylogenetische und epidemiologische Fragestellungen unterschiedliche Wertigkeiten. Die st{\"a}ndig fortschreitende Differenzierung der Virulenzdeterminanten kann dabei nicht nur Ans{\"a}tze zur Diagnostik sondern auch zur Therapie liefern und muss daher weiter verfolgt werden. Dennoch ist weiterhin der Nachweis des krankheitsausl{\"o}senden Shiga Toxins in der Routinediagnostik vermuteter EHEC-Erkrankungen erforderlich, mittels differenzierter Multiplex-PCR-Methoden k{\"o}nnen dabei auch Kombinationen relevanter Pathogenit{\"a}tsfaktoren in einem Arbeitsgang erfasst werden. EHEC O103 traten mehrere Jahre nach E. coli O157:H7 als HUS-Erreger in Erscheinung und haben wahrscheinlich die dazu erforderliche Kombination von Pathogenit{\"a}tsfaktoren erst sp{\"a}ter erworben. EHEC-Erkrankungen weisen eine steigende Inzidenz auf, k{\"o}nnen beim Menschen zu lebensbedrohlichen Krankheitsbildern f{\"u}hren, besitzen aber auch in der Veterin{\"a}rmedizin eine hohe Relevanz. Da bisher kausale Therapien klinisch noch nicht verf{\"u}gbar sind, muß aktuell vor allem die Pr{\"a}vention durch Infektionsprophylaxe und rasche Erkennung von Erkrankungsf{\"a}llen im Vordergrund stehen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2000,
  author    = {Fuchs, Sibylle Maria},
  title     = {Untersuchungen zur Regulation von Shiga-Toxin 2 und zur Attenuierung von enteroh{\"a}morrhagischen Escherichia coli},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1303},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2000},
  abstract  = {Enteroh{\"a}morrhagische Escherichia coli (EHEC) geh{\"o}ren zu den wichtigsten der sich in j{\"u}ngster Zeit verbreitenden Pathogene und verursachen die verschiedensten Durchfallerkrankungen von unblutiger Diarrh{\"o} bis zu h{\"a}morrhagischer Kolitis, oftmals unter Auspr{\"a}gung von lebensbedrohlichen extraintestinalen Symptomen wie dem h{\"a}molytisch-ur{\"a}mischen Syndrom. Die wichtigsten Virulenzfaktoren dieser Pathogene sind Shiga-Toxine (Stx) und Faktoren, die an der Auspr{\"a}gung der sog. "attaching and effacing"-L{\"a}sionen auf Darmepithelzellen beteiligt sind. Vor allem Kinder und {\"a}ltere Menschen sind von den Infektionen, die h{\"a}ufig in Form von Ausbr{\"u}chen auftreten, betroffen. Die {\"U}bertragung erfolgt meist {\"u}ber f{\"a}kal kontaminierte Nahrungsmittel. Da die Behandlung von EHEC-Infektionen mit manchen Antibiotika die Entwicklung der extraintestinalen Symptome noch verst{\"a}rken kann, w{\"a}re die Impfung gef{\"a}hrdeter Personen der beste Weg f{\"u}r die Bek{\"a}mpfung dieser Erreger. Eine weitere M{\"o}glichkeit der Pr{\"a}vention w{\"a}re die Eradikation dieser Organismen in ihren asymptomatischen Wirten, {\"u}ber die EHEC in die menschliche Nahrungskette gelangen k{\"o}nnen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war unter anderem die Etablierung der Grundlagen f{\"u}r einen Lebendvakzinstamm zur Pr{\"a}vention von EHEC-Infektionen. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Strategien mit dem Ziel verfolgt, einen Stx2-produzierenden EHEC-Stamm zu attenuieren. Eine Attenuierungsstrategie f{\"u}r EHEC ist die direkte Ausschaltung von Virulenzfaktor-Strukturgenen wie den Toxingenen. Zu diesem Zweck wurde eine stx2-negative Mutante des EHEC-Stammes O157:H7 86-24 durch eine Deletion im Zentrum des stx2-Genclusters konstruiert, was zur Fusion der 154 N-terminalen Aminos{\"a}uren von StxA2 mit den 62 C-terminalen Aminos{\"a}uren von StxB2 f{\"u}hrte. Die Charakterisierung der Mutante zeigte, daß der Toxin-konvertierende Bakteriophage noch intakt war. Das Fusionsprotein hatte seine zytotoxische Aktivit{\"a}t zwar vollst{\"a}ndig verloren, konnte jedoch durch Stx2-spezifisches Schweineantiserum detektiert werden. Daraus wurde geschlossen, daß das mutierte Protein einen Teil seiner antigenen Strukturen behalten hatte und daß es potentiell f{\"u}r die Impfung gegen Stx2-spezifische Sch{\"a}digungen verwendet werden k{\"o}nnte. Eine weitere Strategie mit dem Ziel der Attenuierung von EHEC-St{\"a}mmen war die Deletion von Genen, die in die Regulation von Virulenzfaktoren involviert sind. Auf diese Weise sollte die Expression von Pathogenit{\"a}tsfaktoren verhindert werden. Als erstes wurde versucht, einen postulierten bakteriophagenkodierten toxinspezifischen Regulator zu identifizieren und zu charaktierisieren, der die F{\"a}higkeit besaß, die Expression eines stx2-spezifischen Reportergens nach der Induktion des Phagen zu steigern. Eine Transposonmutagenese des Stx2-konvertierenden Phagen 933W ergab verschiedene Phagenmutanten mit ver{\"a}nderter Expression des Reportergens nach Induktion des Phagen. Die Expressionsver{\"a}nderung korrelierte nur bedingt mit der Ver{\"a}nderung der Produktion von Toxin oder Phagenpartikeln. Das Transposon der am st{\"a}rksten in ihrer Reportergenexpression reduzierten Mutante war im ORF L0065 inseriert, der unmittelbar "upstream" von den Phagengenen int/xis lokalisiert ist. Der klonierte wildtypische ORF war nicht in der Lage, die Transposonmutante in trans zu komplementieren. Daraus wurde geschlossen, daß der Ph{\"a}notyp der Mutante durch einen polaren Effekt des Transposons auf int/xis bedingt sein k{\"o}nnte, da eine reduzierte Phagengenomexcision eine Verminderung der Phageninduktion verursachen w{\"u}rde, was sich entsprechend auf die Reportergenexpression auswirken k{\"o}nnte. Neely et al. (1998) identifizierten den Phagen-Antiterminator Q als einen m{\"o}glichen Kandidaten f{\"u}r den postulierten phagenkodierten stx2-Regulator. Eine Deletion dieses zentralen Phagenregulators k{\"o}nnte durch die St{\"o}rung der regul{\"a}ren Phagenfunktionen zur Attenuierung von EHEC beitragen. Als zweites wurde in einem Projekt von Dr. I. M{\"u}hldorfer anhand von recA-negativen Mutanten der EHEC-St{\"a}mme O157:H7 86-24 und EDL933 in verschiedenen M{\"a}usemodellen demonstriert, daß die Deletion von recA einen massiven Virulenzverlust und damit eine Attenuierung der St{\"a}mme zur Folge hatte. Die dadurch bedingte drastische Reduktion der Toxinproduktion konnte indirekt auf das Fehlen von recA zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Im Gegensatz dazu ver{\"a}nderte die Deletion von recA im UPEC-Stamm O6:K15:H31 536 die Virulenz dieses Stammes nicht. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Auswertung der Ergebnisse der Virulenztests. Die Deletion von recA ist außerdem eine wichtige Sicherheitsmaßnahme f{\"u}r eine Pr{\"a}vention der Integration von Fremd-DNA in Lebendvakzine und damit f{\"u}r die Verhinderung der Reversion dieser St{\"a}mme zur Pathogenit{\"a}t. Als drittes wurden die Auswirkungen der Deletion des Gens leuX, das f{\"u}r die seltenere Leucin-spezifische tRNA5Leu kodiert, auf die Expression von EHEC-Virulenzfaktoren anhand einer leuX-Deletionsmutante des EHEC-Stammes O157:H7 86-24 untersucht. Die Deletion dieser tRNA im UPEC-Stamm 536 f{\"u}hrt wegen der dadurch reduzierten Expression verschiedener Virulenzfaktoren zu einer Attenuierung des Stammes. Es wurde gezeigt, daß wie in UPEC auch in EHEC die Produktion von Flagellen und Enterobaktin beeintr{\"a}chtigt war. Zus{\"a}tzlich war die H{\"a}minverwertung reduziert. Außerdem verminderte die Deletion von leuX die Expression nicht-identifizierter Proteine der {\"a}ußeren und inneren Membran sowie eines mit Typ 1-Fimbrien-spezifischem Serum kreuzreaktiven Antigens. Im Gegensatz dazu wurden die Stx2-Produktion sowie die in vivo-Virulenz des Stammes in M{\"a}usen nicht beeinflußt. Die Enteroh{\"a}molyse sowie die Expression von Intimin waren verst{\"a}rkt. Die Expression der typischen EHEC-Virulenzfaktoren war demnach in der leuX-Mutante nicht reduziert. Der Einfluß von leuX auf die Expression dieser Faktoren war offensichtlich nicht auf eine Translationsreduktion durch die fehlende Bereitstellung der tRNA beschr{\"a}nkt, sondern scheint weitere Mechanismen zu involvieren. Eine wirkliche Attenuierung von EHEC kann durch die Deletion von leuX wahrscheinlich nicht erzielt werden.},
  subject      = {EHEC},
  language  = {de}
}