@phdthesis{Audretsch2013,
  author    = {Audretsch, Christof},
  title     = {Analysing Quorum Sensing and Biofilm formation in Staphylococcus aureus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-92189},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Staphylococcus aureus (SA) causes nosocomial infections including life threatening sepsis by multi-resistant strains (MRSA). It has the ability to form biofilms to protect it from the host immune system and from anti staphylococcal drugs. Biofilm and planctonic life style is regulated by a complex Quorum-Sensing (QS) system with agr as a central regulator. To study biofilm formation and QS mechanisms in SA a Boolean network was build (94 nodes, 184 edges) including two different component systems such as agr, sae and arl. Important proteins such as Sar, Rot and SigB were included as further nodes in the model. System analysis showed there are only two stable states biofilm forming versus planctonic with clearly different subnetworks turned on. Validation according to gene expression data confirmed this. Network consistency was tested first according to previous knowledge and literature. Furthermore, the predicted node activity of different in silico knock-out strains agreed well with corresponding micro array experiments and data sets. Additional validation included the expression of further nodes (Northern blots) and biofilm production compared in different knock-out strains in biofilm adherence assays. The model faithfully reproduces the behaviour of QS signalling mutants. The integrated model allows also prediction of various other network mutations and is supported by experimental data from different strains. Furthermore, the well connected hub proteins elucidate how integration of different inputs is achieved by the QS network. For in silico as well as in vitro experiments it was found that the sae-locus is also a central modulator of biofilm production. Sae knock-out strains showed stronger biofilms. Wild type phenotype was rescued by sae complementation. To elucidate the way in which sae takes influence on biofilm formation the network was used and Venn-diagrams were made, revealing nodes regulated by sae and changed in biofilms. In these Venn-diagrams nucleases and extracellular proteins were found to be promising nodes. The network revealed DNAse to be of great importance. Therefore qualitatively the DNAse amount, produced by different SA mutants was measured, it was tried to dissolve biofilms with according amounts of DNAse and the concentration of nucleic acids, proteins and polysaccharides were measured in biofilms of different SA mutants. With its thorough validation the network model provides a powerful tool to study QS and biofilm formation in SA, including successful predictions for different knock-out mutant behaviour, QS signalling and biofilm formation. This includes implications for the behaviour of MRSA strains and mutants. Key regulatory mutation combinations (agr-, sae-, sae-/agr-, sigB+, sigB+/sae-) were directly tested in the model but also in experiments. High connectivity was a good guide to identify master regulators, whose detailed behaviour was studied both in vitro and in the model. Together, both lines of evidence support in particular a refined regulatory role for sae and agr with involvement in biofilm repression and/or SA dissemination. With examination of the composition of different mutant biofilms as well as with the examination of the reaction cascade that connects sae to the biofilm forming ability of SA and also by postulating that nucleases might play an important role in that, first steps were taken in proving and explaining regulatory links leading from sae to biofilms. Furthermore differences in biofilms of different mutant SA strains were found leading us in perspective towards a new understanding of biofilms including knowledge how to better regulate, fight and use its different properties.},
  subject      = {Staphylococcus aureus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Raspe2011,
  author    = {Raspe, Matthias Eduard},
  title     = {Zellul{\"a}re Invasivit{\"a}t und molekulare Marker von kolonisierenden und Infektions-assoziierten Methicillin resistenten Staphylococcus aureus-Isolaten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-69444},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Hintergrund: Zunehmend wird der Eigenschaft von Staphylococcus aureus als fakultativ intrazellul{\"a}rem Erreger Bedeutung zugemessen. Ein direkter Nachweis der in vivo Relevanz von fakultativ intrazellul{\"a}rem S. aureus bleibt allerdings bisher aus. Der Mechanismus zellul{\"a}rer Invasivit{\"a}t ist bekannt und korreliert mit verschiedenen molekularen Markern (spa-Typ, SCCmec-Typ und pls/Pls). In dieser Studie wurde die Zuverl{\"a}ssigkeit und Ausweitbarkeit dieser Marker getestet. Des Weiteren wurde {\"u}berpr{\"u}ft, ob sich die zellul{\"a}re Invasivit{\"a}t von kolonisierenden und Infektions-assoziierten MRSA-Isolaten unterscheidet und, ob die alleinige Bestimmung molekularer Marker in vitro die Virulenz eines Isolats in vivo abzusch{\"a}tzen vermag. Methoden:Insgesamt wurden 109 MRSA-Isolate gesammelt, molekular charakterisiert (spa-Typ, BURP-Analyse, SCCmec-Typ, pls, agr-Typ, H{\"a}molyseverhalten) und das Potential zellul{\"a}rer Invasivit{\"a}t in vitro ermittelt. Die Assoziation eines Isolates mit einer Infektion in vivo wurde nachverfolgt (93 Kolonisierer versus 16 Infektions-assoziierte-Isolate). Zus{\"a}tzlich wurde eine Referenzgruppe aus 13 S. aureus-Isolaten etabliert, die klinisch mit vergleichsweise invasiven Infektionen assoziiert waren (12 Osteomyelitis-Isolate und 1 Endokarditis-Isolat). Ergebnisse: Die bekannten molekularen Marker zellul{\"a}rer Invasivit{\"a}t korrelieren zuverl{\"a}ssig in einer Population klinischer MRSA-Isolate und lassen sich auch auf bisher nicht bekannte (spa- und SCCmec-) Typen ausweiten. Das H{\"a}molyseverhalten korrelierte nicht mit der zellul{\"a}ren Invasivit{\"a}t. Der agr-Typ wurde als weiterer molekularer Marker identifiziert. Die zellul{\"a}re Invasivit{\"a}t war unabh{\"a}ngig von der Etablierung einer Infektion in vivo (mediane Invasivit{\"a}t der Kolonisierer 100\% versus 108\% der Infektions-assoziierten Studienisolate und 110\% der externen Referenzisolate). Des Weiteren waren die molekularen Marker spa- und agr-Typ nicht in der Lage, die Virulenz eines MRSA-Isolats in vivo abzusch{\"a}tzen. Diskussion: Die zellul{\"a}re Invasivit{\"a}t klinischer MRSA-Isolate korreliert zuverl{\"a}ssig mit molekularen Markern. Allerdings verm{\"o}gen weder die zellul{\"a}re Invasivit{\"a}t, noch mit ihr assoziierte molekulare Marker die Etablierung einer Infektion in vivo vorherzusagen. Beide scheinen also als Surrogat-Parameter zur Absch{\"a}tzung der klinischen Virulenz eines Isolats ungeeignet. Zur Kl{\"a}rung der Frage, ob molekulare Marker zellul{\"a}rer Invasivit{\"a}t in anderen Abschnitten der Pathogenese von S. aureus- Infektionen eine Rolle spielen, bedarf es weiterer Studien.},
  subject      = {MRSA},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Batzilla2007,
  author    = {Batzilla, Christoph Friedemann},
  title     = {Untersuchungen zur Biofilmbildung und zum Quroum-sensing in Staphylococcus epidermidis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22278},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Das Gram-positive, Koagulase-negative Bakterium Staphylococcus epidermidis war viele Jahrzehnte als harmloser Kommensale der menschlichen Haut und der Schleimh{\"a}ute bekannt. Jedoch hat sich S. epidermidis in den letzten zwanzig Jahren zu einem Haupterreger von Nosokomialinfektionen entwickelt. Dabei unterscheidet sich S. epidermidis im Vergleich zu anderen Erregern durch ein sehr begrenztes Spektrum an Pathogenit{\"a}tsfaktoren, aber auch durch seine F{\"a}higkeit, Biofilme auf k{\"u}nstlichen Oberfl{\"a}chen wie Kathetern und Implantaten formen zu k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit zwei Hauptaspekten, die in der Pathogenit{\"a}t von S. epidermidis eine wichtige Rolle spielen: (i) dem Quorum-sensing System Agr (accessory gene regulator) und (ii) dem zeitlichen Prozess des Aufbaus, sowie der Regulation der Biofilmbildung von S. epidermidis. Das Quorum-sensing System Agr ist Teil eines komplexen regulatorischen Netzwerks. In der vorliegenden Arbeit wird durch Proteom- und Transkriptomanalysen gezeigt, dass das Agr-System in S._epidermidis den Hauptregulator f{\"u}r die Sekretion von extrazellul{\"a}ren Proteinen darstellt und dar{\"u}ber hinaus einen großen Einfluss auf die Regulation des Zentralmetabolismus und der Biosynthese von Aminos{\"a}uren hat. Mittels Mikroarray-Analyse konnte eine wichtige Verkn{\"u}pfung des Agr-Systems mit dem pleiotrophen Repressor CodY identifiziert werden, der viele station{\"a}re-Phase Gene im S._epidermidis Wildtyp reprimiert, jedoch nicht in der getesteten agr Mutante. Dieses f{\"u}hrt zu einem stark ver{\"a}nderten Ph{\"a}notyp der S. epidermidis agr Mutante, in Hinblick auf Wachstumskapazit{\"a}t, der Biofilmbildung, der Invasivit{\"a}t und dem Langzeit{\"u}berleben. Interessanterweise ergaben wissenschaftliche Studien, dass ca. 17 \% der klinischen Isolate nat{\"u}rlich vorkommende agr Mutanten sind. Dieses k{\"o}nnte ein Hinweis darauf sein, dass S. epidermidis agr Mutanten aufgrund ihres stark ver{\"a}nderten Ph{\"a}notyps und ihrer ver{\"a}nderten biochemischen Bed{\"u}rfnisse und Kapazit{\"a}t in der Lage sind, andere {\"o}kologische Nischen im menschlichen Wirt zu besiedeln. Der zweite Teil dieser Arbeit hat die Biofilmbildung von S. epidermidis zum Thema. Durch die Etablierung eines standardisierten Modells der Biofilmbildung, war es m{\"o}glich, {\"u}ber die Einf{\"u}hrung einer Biofilm-Adh{\"a}sion-Ratio die Biofilmbildung als zeitlichen dynamischen Prozess darzustellen und verschiedenste Bedingungen und St{\"a}mme miteinander zu vergleichen. Dabei zeigte sich, dass die Biofilmbildung in S._epidermidis ein klar zeitlich strukturierter Prozess ist, der von Umweltfaktoren und der N{\"a}hrstoffsituation abh{\"a}ngig ist, und dass verschiedene St{\"a}mme sehr unterschiedlich auf Ver{\"a}nderungen in ihrer Umwelt reagieren. Die zeitliche Analyse der Biofilmbildung mittels konfokaler Lasermikroskopie ergab, dass viele der Bakterien im Biofilm sterben. Dieses macht den Biofilm wesentlich anf{\"a}lliger f{\"u}r Str{\"o}mungsscherkr{\"a}fte, die dann ganze Bakterienverb{\"a}nde abl{\"o}sen und zu neuen Infektionsherden schwemmen k{\"o}nnten. Somit erm{\"o}glicht der Tod einer einzelnen Zelle unter Umst{\"a}nden ein besseres klonales {\"U}berleben. Die Mikroarray-Analysen der Genexpression im Biofilm zeigten, dass dieser einen physiologisch klar definierten Prozess durchl{\"a}uft, der zu einer sehr stark verminderten metabolischen Aktivit{\"a}t und einer erh{\"o}hten Antibiotika-Resistenz f{\"u}hrt. Dar{\"u}ber hinaus zeigen Bakterien im Biofilm einen weniger aggressiven Charakter, wie die Expression von Proteasen oder anderer Pathogenit{\"a}tsfaktoren, welches S. epidermidis dabei hilft, dem Immunsystem des Wirts zu entgehen. Diese neuen Ergebnisse zur Regulation der Genexpression im Biofilm und zur Rolle des Quorum-sensing Systems Agr in S. epidermidis tragen wesentlich zum Verst{\"a}ndnis der Pathogenit{\"a}t und der Physiologie dieses wichtigen nosokomialen Erregers bei. Sie bilden eine wichtige theroretische Grundlage f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Studien, mit dem Ziel in Zukunft neue Therapie- und Pr{\"a}ventionsans{\"a}tze gegen S. epidermidis-Infektionen zu entwickeln.},
  subject      = {Staphylococcus epidermidis},
  language  = {de}
}