@phdthesis{Thein2009,
  author    = {Thein, Marcus},
  title     = {Porins of Lyme Disease and Relapsing Fever Spirochetes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35158},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die Gattung Borrelia geh{\"o}rt zur Abteilung der Spiroch{\"a}ten, einem alten Zweig der Bakteriendom{\"a}ne, der nur entfernt mit Gram-negativen Bakterien verwandt ist. S{\"a}mtliche Arten dieser Gattung sind obligate Parasiten. Borrelien k{\"o}nnen in die Erreger zweier humaner Krankheiten eingeteilt werden: die Lyme-Borreliose und das R{\"u}ckfallfieber. Borrelien besitzen mit 0.91 Mb ein sehr kleines Chromosom und sind daher in ihren metabolischen F{\"a}higkeiten eingeschr{\"a}nkt. Folglich ist das {\"U}berleben s{\"a}mtlicher Borrelienarten absolut abh{\"a}ngig von N{\"a}hrstoffen, die von ihren Wirten bereitgestellt werden. Der Transport dieser N{\"a}hrstoffe und anderer Molek{\"u}le {\"u}ber die {\"a}ußere Membran wird durch porenformende Proteine, so genannte Porine erm{\"o}glicht. Porine sind wassergef{\"u}llte Kan{\"a}le, die in zwei Klassen unterteilt werden k{\"o}nnen: allgemeine Diffusionsporen und substratspezifische Porine. Aus dem Lyme-Borreliose Erreger Borrelia burgdorferi wurden bisher drei mutmaßliche Porine charakterisiert und beschrieben: P13, Oms28 und P66. Demgegen{\"u}ber sind die Kenntnisse {\"u}ber Porine in R{\"u}ckfallfieberarten rudiment{\"a}r und es wurde bisher noch kein einziges Porin f{\"u}r Vertreter dieser Krankheit identifiziert. Unter Ber{\"u}cksichtigung dieses Hintergrunds war die allgemeine Zielsetzung dieser Arbeit, einen Einblick in die Porinzusammensetzung von sowohl Lyme Borreliose- als auch R{\"u}ckfallfieber-Spiroch{\"a}ten zu erlangen. Dieses Ziel konnte erreicht werden, indem Porine aus den Außenmembranen von Borrelien isoliert und identifiziert wurden und anschließend biophysikalisch in k{\"u}nstlichen Lipidmembranen charakterisiert wurden. Ein Kapitel dieser Arbeit beschreibt die Identifizierung und Charakterisierung des ersten Porins aus R{\"u}ckfallfiebererregern. Das porenformende Protein wurde aus den Außenmembranen von Borrelia duttonii, Borrelia hermsii und Borrelia recurrentis isoliert und Oms38 genannt, f{\"u}r „outer membrane-spanning protein of 38 kDa". Die biophysikalische Charakterisierung mit der „black lipid bilayer" Methode zeigte, dass Oms38 kleine, wassergef{\"u}llte Kan{\"a}le mit einer Einzelkanalleitf{\"a}higkeit von 80 pS in 1 M KCl bildet. Diese Kan{\"a}le sind nicht spannungsabh{\"a}ngig und leicht selektiv f{\"u}r Anionen mit einem Permeabilit{\"a}tsverh{\"a}ltnis von Kationen zu Anionen von 0,41 in KCl. Ein homologes Protein zu Oms38 wurde in den Lyme Borreliose Erregern Borrelia burgdorferi, Borrelia garinii und Borrelia afzelii identifiziert. Das porenformende Protein dieser Arten weist eine hohe Sequenzhomologie zu Oms38 auf und zeigt {\"a}hnliche biophysikalische Eigenschaften, das heißt es formt Poren von 50 pS in 1 M KCl. Durch Titrationsexperimente konnte gezeigt werden, dass die Pore teilweise durch Dicarboxylate blockiert werden kann. Eine Auswertung dieser Versuche legte nahe, dass dieses Protein keine allgemeine Diffusionspore darstellt, sondern einen Kanal mit einer spezifischen Bindestelle f{\"u}r diese Komponenten. Daher wurde dieses Porin DipA genannt, was f{\"u}r „dicarboxylate-specific porin A" steht. In einer anderen Versuchsreihe wurde gezeigt, dass das Porin P66 sowohl in Lyme Borreliose Erregern als auch in R{\"u}ckfallfieberarten vorhanden ist. Hierf{\"u}r wurden die Außenmembranen der Lyme Borreliose Erreger Borrelia burgdorferi, Borrelia afzelii und Borrelia garinii und der R{\"u}ckfallfieberarten Borrelia duttonii, Borrelia recurrentis und Borrelia hermsii genauer untersucht. Mit Ausnahme des P66 Homologs von Borrelia hermsii rekonstituierten P66 Proteine aus allen Arten sehr aktiv in k{\"u}nstliche Membranen und formten Poren zwischen 9 und 11 nS in 1 M KCl. Die biophysikalischen Eigenschaften der Homologe wurden in Experimenten mit „black lipid bilayer" Membranen ausf{\"u}hrlich verglichen. Des Weiteren wurden Porendurchmesser und Konstitution des Borrelia burgdorferi Porins P66 genau untersucht. Hierf{\"u}r wurde die P66 Einzelkanalleitf{\"a}higkeit in Anwesenheit von verschiedenen Nichtelektrolyten in k{\"u}nstlichen Lipidmembranen analysiert. Der effektive Durchmesser des P66 Wasserlumens wurde auf ~1.9 nm bestimmt. Dar{\"u}ber hinaus konnte P66 mit bestimmten Nichtelektrolyten wie PEG 400, PEG 600 und Maltohexaose blockiert werden. Weitere Blockierungsexperimente auf Einzelkanalebene deckten sieben Unterzust{\"a}nde von P66 auf, die auf ein P66 Heptamer schließen ließen. Dieser heptamere Charakter konnte durch Blue native PAGE Analysen best{\"a}tigt werden. Zusammenfassend beschreibt diese Dissertation detaillierte biochemische und biophysikalische Untersuchungen von Porinen aus sowohl Lyme Borreliose- als auch R{\"u}ckfallfieber-Borrelien. Erkenntnisse aus dieser Arbeit bringen das Verstehen der N{\"a}hrstoffaufnahme {\"u}ber Außenmembranen dieser streng wirtsabh{\"a}ngigen, pathogenen Spiroch{\"a}ten einen großen Schritt vorw{\"a}rts. Ein fundiertes Wissen {\"u}ber oberfl{\"a}chenexponierte Proteine wie Porine ist Vorraussetzung f{\"u}r die Herstellung erfolgreicher Impfstoffe und Therapeutika gegen die von Borrelien verursachten Krankheiten.},
  subject      = {Porin},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Glenz2005,
  author    = {Glenz, Karin},
  title     = {Entwicklung eines Lipoprotein-Impfstoffes aus Pflanzen : Produktion des rekombinanten 'outer surface protein A' (OspA) von Borrelia burgdorferi in Tabakchloroplasten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15884},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Transgene Pflanzen nehmen einen wachsenden Stellenwert bei der Produktion therapeutischer Proteine, besonders von Impfstoffen, ein. Einige dieser Proteine ben{\"o}tigen f{\"u}r ihre Funktionalit{\"a}t verschiedenste post-translationale Modifikation und es ist nicht bekannt, ob Pflanzen zu diesen Stoffwechselleistungen bef{\"a}higt sind. In der vorliegenden Arbeit sollte anhand eines bakteriellen Antigens gepr{\"u}ft werden, ob in Chloroplasten von Nicotiana tabacum an einem rekombinanten Protein eine besondere Form der post-translationalen Modifikation, die Lipidierung, durchgef{\"u}hrt wird und ob somit ein alternatives Produktionssystem f{\"u}r einen Lipoprotein-Impfstoff entwickelt werden kann. Basis f{\"u}r diese Untersuchungen war das bakterielle Lipoprotein OspA (outer surface protein A) aus Borrelia burgdorferi. Dieses Protein wird zur Pr{\"a}vention von Lyme-Borreliose eingesetzt und fr{\"u}here Untersuchungen zeigten, dass OspA sowohl in B. burgdorferi als auch nach heterologer Expression in E. coli einer post-translationalen Lipidierung am N-Terminus unterliegt. Dabei wird das Protein unter Mitwirkung dreier Enzyme (Lgt, Lsp und Lnt) am N-Terminus mit einer Pam3Cys-Struktur versehen und die N-terminale Signalsequenz abgespalten. In dieser Arbeit konnten nach der Etablierung eines Expressionssystems mehrere unabh{\"a}ngige transplastome OspA-Tabakpflanzen generiert werden. Der Anteil an rekombinantem, plastid{\"a}rem OspA (rpOspA) am l{\"o}slichen Gesamtprotein wurde mit ca. 1\% bestimmt. Dabei lag rpOspA sowohl in einer lipidierten, membrangebundenen als auch in einer nicht-modifizierten, l{\"o}slichen Form vor. Strukturelle Untersuchungen an rpOspA ergaben, dass in Chloroplasten eine Bakterien-{\"a}hnliche Lipidierung an dem Protein durchgef{\"u}hrt wurde. Dabei wurde am N-Terminus ein Diacylglycerin {\"u}ber eine Thioetherbindung an das einzige in der Sequenz vorkommende Cystein gebunden. Anders als in Bakterien wurde die Signalsequenz in Chloroplasten jedoch nicht abgespalten und infolgedessen keine dritte Fetts{\"a}ure an das Cystein gebunden. Die plastid{\"a}re Modifikation an rekombinantem OspA resultierte daher in einer Pam2Cys-Struktur mit Signalsequenz. Untersuchungen zur Immunogenit{\"a}t des rpOspA in M{\"a}usen zeigten eindeutig, dass das rekombinante Protein aus Tabak die Bildung spezifischer Antik{\"o}rper induziert und damit in seiner Wirkung vergleichbar dem bakteriellen Protein ist. Um die Lipidierungsrate des akkumulierten OspA in Chloroplasten zu erh{\"o}hen, wurden weitere transplastome Tabakpflanzen generiert. Diese wiesen neben dem ospA-Gen auch die Gene (lgt, lsp und lnt) der drei modifizierenden Enzyme aus E. coli auf. Durch die simultane Bildung von OspA und den drei modifizierenden Enzyme konnte eine quantitative Lipidierung von rpOspA mit einer Pam2Cys-Struktur erlangt werden. Als Grundlage f{\"u}r vergleichende Untersuchungen zwischen plastid{\"a}rer und cytoplasmatischer Lipidmodifikation in Tabak wurden ebenfalls Transformationen des Zellkerns mit ospA durchgef{\"u}hrt, wobei jedoch keine heterologe ospA-Expression erreicht werden konnte. Erst durch die Anwendung eines transienten, viralen Expressionssystems war es m{\"o}glich, ospA im Zellkern zu exprimieren. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass in Chloroplasten H{\"o}herer Pflanzen eine Bakterien-{\"a}hnliche Modifikation an rekombinantem OspA durchgef{\"u}hrt wird und das resultierende Protein eine spezifische Immunantwort in M{\"a}usen induzieren kann. Das Potential von transgenen Pflanzen als alternatives Produktionssystem f{\"u}r Lipoprotein-Impfstoffe wird diskutiert.},
  subject      = {Lyme-Krankheit},
  language  = {de}
}