@phdthesis{Troge2012,
  author    = {Troge, Anja},
  title     = {Studien am Flagellensystem des Escherichia coli Stammes Nissle 1917 (EcN) im Hinblick auf seine Funktion als Probiotikum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74201},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) geh{\"o}rt zu den am besten untersuchten und charakterisierten probiotischen Bakterienst{\"a}mmen. Seit Beginn des letzten Jahrhunderts wird er als Medikament eingesetzt, um verschiedene Darmerkrankungen wie z.B. Diarrh{\"o}e, entz{\"u}ndliche Darmerkrankungen und Verstopfung zu behandeln. Die Flagelle des EcN vermittelt Beweglichkeit und kann die Produktion von humanem β-Defensin 2 (hBD2) durch Epithelzellen induzieren. Somit ist dieses Organell direkt in die probiotische Funktion des EcN involviert. Es konnte gezeigt werden, dass die Flagellen anderer Bakterien, wie z.B. dem probiotischen Stamm Bacillus cereus CH oder den pathogenen St{\"a}mmen Pseudomonas aeruginosa und Clostridium difficile, die Adh{\"a}sion an intestinalen Mucus, welcher von Epithelzellen sekretiert wird, vermitteln. Allerdings blieb unklar, welcher Teil der Flagelle an welche Mucuskomponente bindet. Die F{\"a}higkeit effizient an Wirtgewebe zu adh{\"a}rieren wird als wichtiges Attribut eines probiotischen Stammes angesehen. Ex vivo Adh{\"a}sionsstudien mit Kryoschnitten humaner Darmbiopsien haben gezeigt, dass die Flagelle des EcN in die effiziente Adh{\"a}sion an humanes Darmgewebe involviert sein muss. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit die Funktion der Flagelle des EcN als Adh{\"a}sin untersucht. Zun{\"a}chst wurde die hyperflagellierte Variante EcN ATHF isoliert und durch verschiedene Experimente, z.B. Schw{\"a}rmagartests und Elektronenmikroskopie, charakterisiert. Weitere ex vivo Adh{\"a}sionsstudien mit EcN ATHF zeigten eine h{\"o}here Adh{\"a}sionseffizienz dieser hyperflagellierten Variante und best{\"a}tigten damit die Rolle der Flagelle bei der effizienten Adh{\"a}sion von EcN an die Kryoschnitte der humanen Darmbiopsien. Interessanterweise fungierte die Flagelle in in vitro Studien mit den humanen Epithelzellen Caco-2 und T24 nicht als Adh{\"a}sin. Diese Unterschiede zwischen den in vitro und ex vivo Studien f{\"u}hrten zu der Annahme, dass die Flagelle des EcN in vivo die Adh{\"a}sion an Mucus vermittelt, welcher von den Caco-2- und T24-Zellen nicht produziert wird, aber in den Kryoschnitten der Darmbiopsien nachgewiesen wurde. Diese Vermutung wurde durch in vitro Adh{\"a}sionsstudien mit der Mucin-produzierenden Epithelzelllinie LS174-T best{\"a}tigt, da die Flagellen f{\"u}r eine effektive Adh{\"a}sion an diese Zellen essentiell waren. Zudem reduzierte die Pr{\"a}inkubation flagellierter EcN-St{\"a}mme mit Mucin2 ihre Adh{\"a}sionseffizienz an Kryoschnitte humaner Darmbiopsien. Um die direkte Interaktion zwischen Flagellen des EcN Wildtyps und Mucus zu zeigen, wurde ein ELISA etabliert. Es konnte eine direkte konzentrationsabh{\"a}ngige Interaktion zwischen isolierten Flagellen des EcN Wildtyps und Mucin2, bzw. humanem Mucus (Kolon) beobachtet werden. Interessanterweise konnte keine Interaktion zwischen isolierten Flagellen des EcN Wildtyps und murinem Mucus (Duodenum, Ileum, Caecum, Colon) festgestellt werden. Dies weist darauf hin, dass die Mucuszusammensetzung zwischen verschiedenen Spezies variiert. Verschiedene Kohlenhydrate, welche bekannte Mucusbestandteile sind, wurden auf ihre Interaktion mit der Flagelle von EcN getestet und Gluconat wurde als ein Rezeptor identifiziert. Die Pr{\"a}inkubation isolierter Flagellen mit Gluconat reduzierte ihre Interaktion mit Mucin2, bzw. humanem Mucus signifikant. Zudem wurde die oberfl{\"a}chenexponierte Dom{\"a}ne D3 des Flagellins, der Hauptuntereinheit der Flagelle, als m{\"o}glicher Interaktionspartner von Mucin2, bzw. humanem Mucus ausgeschlossen. Flagellen, die aus einer Dom{\"a}ne D3 Deletionsmutante isoliert wurden, zeigten sogar eine effizientere Bindung an Mucin2, bzw. humanen Mucus. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass {\"A}nderungen des pH-Wertes signifikante Effekte auf die Interaktion zwischen Mucus und isolierten Flagellen hatten, vermutlich aufgrund von Konformations{\"a}nderungen. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die Flagelle als neues und scheinbar wichtigstes Adh{\"a}sin in vivo f{\"u}r den probiotischen Stamm EcN identifiziert. Hierf{\"u}r wurden sowohl eine hyperflagellierte Variante, eine ΔfliC Mutante, sowie der dazugeh{\"o}rige komplementierte Stamm verwendet. EcN ist zudem der erste probiotische Stamm f{\"u}r den eine direkte Bindung der Flagellen an humanen Mucus nachgewiesen werden konnte. Die Mucuskomponente Gluconat konnte dabei als wichtiger Rezeptor identifiziert werden. Da einige pathogene Bakterien ihre Flagelle zur Adh{\"a}sion an Wirtsgewebe nutzen, k{\"o}nnte dieses Organell EcN dazu bef{\"a}higen, mit Pathogenen um die erfolgreiche Kolonisierung des Darms zu konkurrieren, was als wichtige Eigenschaft eines Probiotikums betrachtet wird.},
  subject      = {Escherichia coli},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Seo2012,
  author    = {Seo, Ean Jeong},
  title     = {Construction of recombinant E. coli Nissle 1917 (EcN) strains for the expression and secretion of defensins},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72005},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Der probiotische Escherichia coli Stamm Nissle 1917 (EcN) ist eines der wenigen Probiotika, die als aktive Komponente eines Medikaments in mehreren L{\"a}ndern zugelassen sind. Am besten ist die Wirksamkeit des EcN f{\"u}r die Remissionserhaltung von an Colitis Ulcerosa leidenden Patienten dokumentiert. Diese F{\"a}higkeit ist vermutlich darauf zur{\"u}ckzuf{\"u}hren, dass EcN in der Lage ist die Produktion des humanen beta-Defensins 2 (HBD2) mittels seiner Flagelle zu Induzieren. In dieser Studie wurden rekombinante EcN St{\"a}mme konstruiert, die ein Defensin zu produzieren verm{\"o}gen. Zu diesem Zweck wurden Kodon-optimierte Defensingene in Expressionsplasmidvektoren kloniert, die entweder die Proform mit der Signalsequenz oder die reife Defensinform des humanen -Defensins 5 (HD5) oder des humanen -Defensins 2 (HBD2) unter der Kontrolle des T7-Promotors kodieren. Die Synthese dieser Defensine wurde mittels Western-Blot nach der Induktion der Expression und der Lyse der rekombinanten EcN St{\"a}mme demonstriert. Das rekombinante reife HBD2 mit einem N-terminalen His-Tag konnte mittels Ni-S{\"a}ulen-Chromatographie aufgereinigt werden. Das so gewonnene HBD2 zeigte antimikrobielle Aktivit{\"a}t gegen E. coli, Salmonella enterica Serovar Typhimurium und Listeria monocytogenes. In einem zweiten Ansatz wurde der Teil des HBD2-Gens mit dem yebF-Gen fusioniert, der das reife HBD2 kodiert. Das resultierende Fusionsprotein YebFMHBD2 wurde von dem entsprechenden EcN Stamm nach Induktion der Expression sekretiert. Die Pr{\"a}senz von YebFMHBD2 im Medium war nicht das Ergebnis von Zellyse wie Western-Blots spezifisch f{\"u}r die -Galaktosidase und das Maltose-Bindeprotein mit dem Kultur{\"u}berstand zeigten. Dieser Kultur{\"u}berstand inhibierte das Wachstum von E. coli, Salmonella enterica Serovar Typhimurium und Listeria monocytogenes nach Dialyse und Aufkonzentration sowohl in Agardiffusionsassays als auch in Fl{\"u}ssigcokultur. Damit konnte gezeigt werden, dass EcN ein f{\"u}r die Produktion von bestimmten humanen Defensinen geeignetes Probiotikum darstellt. EcN ist bei der Behandlung von Morbus Crohn Patienten nicht aktiv. Dies ist vermutlich in der genetisch bedingten Unf{\"a}higkeit zur ausreichenden Defensinproduktion solcher Individuen begr{\"u}ndet. Als ein erster Schritt in der Entwicklung von alternativen Ans{\"a}tzen zur Behandlung Morbus Crohn Patienten wurden in dieser Arbeit EcN St{\"a}mme konstruiert, die in der Lage sind HD5 oder HBD2 zu produzieren.},
  subject      = {Escherichia coli},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bury2018,
  author    = {Bury, Susanne},
  title     = {Molekularbiologische Untersuchungen der antagonistischen Effekte des probiotischen \(Escherichia\) \(coli\) Stamms Nissle 1917 auf Shiga-Toxin produzierende \(Escherichia\) \(coli\) St{\"a}mme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163401},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Shiga toxin produzierende E. coli (STEC) stellen mit einer Infektionsdosis von gerade einmal 100 Bakterien ein großes Risiko f{\"u}r unsere Gesundheit dar. Betroffene Patienten k{\"o}nnen milde Krankheitssymptome wie w{\"a}ssrigen Durchfall aufweisen, welcher sich allerdings zu blutigem Durchfall oder dem h{\"a}molytisch ur{\"a}mischen Syndrom (HUS) weiterentwickeln kann. Die Ursache f{\"u}r das Krankheitsbild ist das zytotoxische Protein Shiga-Toxin (Stx), welches von STEC St{\"a}mmen produziert wird, eukaryotischen Zellen angreift und den apoptotischen Zelltod induziert. Es konnte gezeigt werden, dass infizierte Patienten in ihrem Krankheitsverlauf stark variieren, was unter anderem auf die Zusammensetzung ihrer Mikrobiota zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sein k{\"o}nnte. Diesbez{\"u}glich k{\"o}nnen zum Beispiel einige Bakterien bereits die Darmbesiedlung von STEC St{\"a}mmen unterbinden, wohingegen andere die Toxin Produktion der pathogenen St{\"a}mme beeinflussen und wieder andere von den stx tragenden Phagen infiziert werden k{\"o}nnen und daraufhin selbst zu Toxin produzierenden St{\"a}mmen werden. Da die genetischen Informationen f{\"u}r das Toxin auf einem Prophagen im Genom der STEC St{\"a}mme kodiert ist, f{\"u}hrt eine Antibiotika Behandlung von infizierten Patienten zwar zum Tod der Bakterien, hat allerdings auch einen Wechsel vom lysogenen zum lytischen Phagen Zyklus und damit einen enormen Anstieg an freigesetztem Stx zur Folge. In den letzten Jahrzehnten kam es immer wieder zu Epidemien mit STEC St{\"a}mmen, welche auch einige Todesopfer forderten. Die Behandlung von Patienten erfolgt auf Grund von mangelnden Behandlungsm{\"o}glichkeiten meist nur symptomatisch, weswegen neue Strategien f{\"u}r die Behandlung einer STEC Infektion dringend ben{\"o}tigt werden. Der probiotische E. coli Stamm Nissle 1917 (EcN) z{\"a}hlt bereits seit mehr als 100 Jahren als Medikament f{\"u}r Behandlungen von Darmentz{\"u}ndungen. In vitro und in vivo Studien mit dem probiotischen Stamm und STEC St{\"a}mmen konnten zeigen, dass EcN die Produktion von Stx unterdr{\"u}ckt und gleichzeitig die STEC Zellzahl reduziert. Diese Ergebnisse waren der Anlass f{\"u}r diese Studie in der die Auswirkungen von EcN auf STEC St{\"a}mme genauer untersucht wurden, um eine m{\"o}gliche Behandlung von STEC Infektionen mit dem Probiotikum zu gew{\"a}hrleisten. Eines der Hauptziele dieser Studie war es, herauszufinden, ob EcN von stx-Phagen infiziert werden kann und damit selbst zu einem Toxin Produzenten wird. In diesem Falle w{\"a}re eine Behandlung mit dem E. coli Stamm ausgeschlossen, da es den Krankheitsverlauf verschlimmern k{\"o}nnte. Verschiedene experimentelle Ans{\"a}tze in denen versucht wurde den YaeT stx-Phagen Rezeptor tragenden Stamm zu infizieren schlugen fehl. Weder mittels PCR Analysen, Phagen Plaque Assays oder der Phagen Anreicherung konnte eine Lyse oder eine Prophagen Integration nachgewiesen werden. Transkriptom Analysen konnten zeigen, dass Gene eines lambdoiden Prophagen in EcN in Anwesenheit von stx-Phagen stark reguliert sind. Auch andere E. coli St{\"a}mme, welche sich ebenfalls durch eine Resistenz gegen{\"u}ber einer stx-Phagen Infektion auswiesen, wurden positiv auf lambdoide Prophagen untersucht. Einzig dem stx-Phagen sensitiven K-12 Stamm MG1655 fehlt ein kompletter lambdoider Prophage, weswegen die Vermutung nahe liegt, dass ein intakter lambdoider Prophage vor der Superinfektion mit stx-Phagen sch{\"u}tzten kann. In weiteren Experimenten wurde der Einfluss der Mikrozin-negativen EcN Mutante SK22D auf STEC St{\"a}mme untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass SK22D nicht nur die Produktion des zytotoxischen Proteins unterdr{\"u}ckt, sondern auch mit der Produktion der stx-Phagen von allen getesteten STEC St{\"a}mmen interferiert (O157:H7, O26:H11, O145:H25, O103:H2, O111:H- und zwei O104:H4 Isolate vom STEC Ausbruch in Deutschland im Jahr 2011). Transwell Studien konnten zeigen, dass der Faktor, welcher die Transkription des Prophagen unterdr{\"u}ckt, von SK22D sekretiert wird. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass die Pr{\"a}senz von SK22D den lysogenen Zustand des Prophagen st{\"u}tzt und somit den lytischen Zyklus unterdr{\"u}ckt. Da stx-Phagen eine große Gefahr darstellen andere E. coli St{\"a}mme zu infizieren, haben wir uns in weiteren Studien dem Einfluss von EcN auf isolierte Phagen gewidmet. Die Kultivierungsexperimente von EcN mit Phagen zeigten, dass der probiotische Stamm in der Lage war die stx-Phagen in ihrer Effizienz der Lyse des K 12 Stammes MG1655 von~ 1e7 pfus/ml auf 0 pfus/ml nach einer 44 st{\"u}ndigen Inkubation zu inaktivieren. Diese Inaktivierung konnte auf die Aktivit{\"a}t eines hitzestabilen Proteins, welches in der station{\"a}ren Wachstumsphase synthetisiert wird, zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Studien welche einen Anstieg der Biofilmmasse zur Folge hatten zeigten eine gesteigerte Effizienz in der Phagen Inaktivierung, weswegen Komponenten des Biofilms m{\"o}glicherweise die Phagen Inaktivierung herbeif{\"u}hren. Neben dem direkten Einfluss auf die Phagen wurde auch ein Schutzeffekt von SK22D gegen{\"u}ber dem stx-Phagen empf{\"a}nglichen K 12 St{\"a}mmen untersucht. Lysogene K 12 St{\"a}mme zeichneten sich durch eine enorme Stx und stx-Phagen Produktion aus. Die Pr{\"a}senz von SK22D konnte den K 12 vermittelten Anstieg der pathogenen Faktoren unterbinden. Transwell Ergebnisse und Kinetik Studien lassen vermuten, dass SK22D eher die Phagen Infektion von K-12 St{\"a}mmen unterbindet als die Lyse von lysogenen K-12 St{\"a}mmen zu st{\"o}ren. Eine m{\"o}gliche Erkl{\"a}rung f{\"u}r den Schutz der K-12 St{\"a}mme vor einer stx-Phagen Infektion k{\"o}nnte darin liegen, dass die K-12 St{\"a}mme innerhalb der SK22D Kultur wachsen und dadurch von den infekti{\"o}sen Phagen abgeschirmt werden. Zusammenfassend konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass der probiotische Stamm EcN sowohl die Lyse von STEC St{\"a}mmen unterdr{\"u}ckt als auch die infekti{\"o}sen stx-Phagen inaktiviert und sensitive E. coli St{\"a}mme vor der Phagen Infektion sch{\"u}tzen kann. Diese Ergebnisse sollten als Grundlage f{\"u}r in vivo Studien herangezogen werden, um eine m{\"o}gliche Behandlung von STEC infizierten Patienten mit dem Probiotikum zu gew{\"a}hrleisten.},
  subject      = {EHEC},
  language  = {en}
}