@article{KessieLodesOberwinkleretal.2021,
  author    = {Kessie, David K. and Lodes, Nina and Oberwinkler, Heike and Goldman, William E. and Walles, Thorsten and Steinke, Maria and Gross, Roy},
  title     = {Activity of Tracheal Cytotoxin of Bordetella pertussis in a Human Tracheobronchial 3D Tissue Model},
  series = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  volume    = {10},
  journal   = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  issn      = {2235-2988},
  doi       = {10.3389/fcimb.2020.614994},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-222736},
  year      = {2021},
  abstract  = {Bordetella pertussis is a highly contagious pathogen which causes whooping cough in humans. A major pathophysiology of infection is the extrusion of ciliated cells and subsequent disruption of the respiratory mucosa. Tracheal cytotoxin (TCT) is the only virulence factor produced by B. pertussis that has been able to recapitulate this pathology in animal models. This pathophysiology is well characterized in a hamster tracheal model, but human data are lacking due to scarcity of donor material. We assessed the impact of TCT and lipopolysaccharide (LPS) on the functional integrity of the human airway mucosa by using in vitro airway mucosa models developed by co-culturing human tracheobronchial epithelial cells and human tracheobronchial fibroblasts on porcine small intestinal submucosa scaffold under airlift conditions. TCT and LPS either alone and in combination induced blebbing and necrosis of the ciliated epithelia. TCT and LPS induced loss of ciliated epithelial cells and hyper-mucus production which interfered with mucociliary clearance. In addition, the toxins had a disruptive effect on the tight junction organization, significantly reduced transepithelial electrical resistance and increased FITC-Dextran permeability after toxin incubation. In summary, the results indicate that TCT collaborates with LPS to induce the disruption of the human airway mucosa as reported for the hamster tracheal model.},
  language  = {en}
}
@article{SivarajanKessieOberwinkleretal.2021,
  author    = {Sivarajan, Rinu and Kessie, David Komla and Oberwinkler, Heike and Pallmann, Niklas and Walles, Thorsten and Scherzad, Agmal and Hackenberg, Stephan and Steinke, Maria},
  title     = {Susceptibility of Human Airway Tissue Models Derived From Different Anatomical Sites to Bordetella pertussis and Its Virulence Factor Adenylate Cyclase Toxin},
  series = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  volume    = {11},
  journal   = {Frontiers in Cellular and Infection Microbiology},
  issn      = {2235-2988},
  doi       = {10.3389/fcimb.2021.797491},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-253302},
  year      = {2021},
  abstract  = {To study the interaction of human pathogens with their host target structures, human tissue models based on primary cells are considered suitable. Complex tissue models of the human airways have been used as infection models for various viral and bacterial pathogens. The Gram-negative bacterium Bordetella pertussis is of relevant clinical interest since whooping cough has developed into a resurgent infectious disease. In the present study, we created three-dimensional tissue models of the human ciliated nasal and tracheo-bronchial mucosa. We compared the innate immune response of these models towards the B. pertussis virulence factor adenylate cyclase toxin (CyaA) and its enzymatically inactive but fully pore-forming toxoid CyaA-AC\(^-\). Applying molecular biological, histological, and microbiological assays, we found that 1 µg/ml CyaA elevated the intracellular cAMP level but did not disturb the epithelial barrier integrity of nasal and tracheo-bronchial airway mucosa tissue models. Interestingly, CyaA significantly increased interleukin 6, interleukin 8, and human beta defensin 2 secretion in nasal tissue models, whereas tracheo-bronchial tissue models were not significantly affected compared to the controls. Subsequently, we investigated the interaction of B. pertussis with both differentiated primary nasal and tracheo-bronchial tissue models and demonstrated bacterial adherence and invasion without observing host cell type-specific significant differences. Even though the nasal and the tracheo-bronchial mucosa appear similar from a histological perspective, they are differentially susceptible to B. pertussis CyaA in vitro. Our finding that nasal tissue models showed an increased innate immune response towards the B. pertussis virulence factor CyaA compared to tracheo-bronchial tissue models may reflect the key role of the nasal airway mucosa as the first line of defense against airborne pathogens.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Thakar2006,
  author    = {Thakar, Juilee},
  title     = {Computational models for the study of responses to infections},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17266},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {In diesem Jahrhundert haben neue experimentelle Techniken und Computer-Verfahren enorme Mengen an Information erzeugt, die bereits viele biologische R{\"a}tsel enth{\"u}llt haben. Doch die Komplexit{\"a}t biologischer Systeme wirft immer weitere neue Fragen auf. Um ein System zu verstehen, bestand der Hauptansatz bis jetzt darin, es in Komponenten zu zerlegen, die untersucht werden k{\"o}nnen. Ein neues Paradigma verkn{\"u}pft die einzelnen Informationsteile, um sie auf globaler Ebene verstehen zu k{\"o}nnen. In der vorgelegten Doktorarbeit habe ich deshalb versucht, infekti{\"o}se Krankheiten mit globalen Methoden („Systembiologie") bioinformatisch zu untersuchen. Im ersten Teil wird der Apoptose-Signalweg analysiert. Apoptose (Programmierter Zelltod) wird bei verschiedenen Infektionen, zum Beispiel bei Viruserkrankungen, als Abwehrmaßnahme eingesetzt. Die Interaktionen zwischen Proteinen, die ‚death' Dom{\"a}nen beinhalten, wurden untersucht, um folgende Fragen zu kl{\"a}ren: i) wie wird die Spezifit{\"a}t der Interaktionen erzielt? -sie wird durch Adapter erreicht, ii) wie werden Proliferation/ {\"U}berlebenssignale w{\"a}hrend der Aktivierung der Apoptose eingeleitet? - wir fanden Hinweise f{\"u}r eine entscheidende Rolle des RIP Proteins (Rezeptor-Interagierende Serine/Threonine-Proteinkinase 1). Das Modell erlaubte uns, die Interaktions-Oberfl{\"a}chen von RIP vorherzusagen. Der Signalweg wurde anschließend auf globaler Ebene mit Simulationen f{\"u}r verschiedene Zeitpunkte analysiert, um die Evolution der Aktivatoren und Inhibitoren des Signalwegs und seine Struktur besser zu verstehen. Weiterhin wird die Signalverarbeitung f{\"u}r Apoptosis-Signalwege in der Maus detailliert modelliert, um den Konzentrationsverlauf der Effektor-Kaspasen vorherzusagen. Weitere experimentelle Messungen von Kaspase-3 und die {\"U}berlebenskurven von Zellen best{\"a}tigen das Modell. Der zweite Teil der Resultate konzentriert sich auf das Phagosom, eine Organelle, die eine entscheidende Rolle bei der Eliminierung von Krankheitserregern spielt. Dies wird am Beispiel von M. tuberculosis veranschaulicht. Die Fragestellung wird wiederum in zwei Aspekten behandelt: i) Um die Prozesse, die durch M. tuberculosis inhibiert werden zu verstehen, haben wir uns auf das Phospholipid-Netzwerk konzentriert, das bei der Unterdr{\"u}ckung oder Aktivierung der Aktin-Polymerisation eine große Rolle spielt. Wir haben f{\"u}r diese Netzwerkanalyse eine Simulation f{\"u}r verschiedene Zeitpunkte {\"a}hnlich wie in Teil eins angewandt. ii) Es wird vermutet, dass Aktin-Polymere bei der Fusion des Phagosoms mit dem Lysosom eine Rolle spielen. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde ein in silico Modell von uns entwickelt. Wir fanden heraus, dass in der Anwesenheit von Aktin-Polymeren die Suchzeit f{\"u}r das Lysosom um das F{\"u}nffache reduziert wurde. Weiterhin wurden die Effekte der L{\"a}nge der Aktin-Polymere, die Gr{\"o}ße der Lysosomen sowie der Phagosomen und etliche andere Modellparameter analysiert. Nach der Untersuchung eines Signalwegs und einer Organelle f{\"u}hrte der n{\"a}chste Schritt zur Untersuchung eines komplexen biologischen Systems der Infektabwehr. Dies wurde am Beispiel der Wirt-Pathogen Interaktion bei Bordetella pertussis und Bordetella bronchiseptica dargestellt. Die geringe Menge verf{\"u}gbarer quantitativer Daten war der ausschlaggebende Faktor bei unserer Modellwahl. F{\"u}r die dynamische Simulation wurde ein selbst entwickeltes Bool'sches Modell verwendet. Die Ergebnisse sagen wichtige Faktoren bei der Pathologie von Bordetellen hervor, besonders die Bedeutung der Th1 assoziierten Antworten und dagegen nicht der Th2 assoziierten Antworten f{\"u}r die Eliminierung des Pathogens. Einige der quantitativen Vorhersagen wurden durch Experimente wie die Untersuchung des Verlaufs einer Infektion in verschiedenen Mutanten und Wildtyp-M{\"a}usen {\"u}berpr{\"u}ft. Die begrenzte Verf{\"u}gbarkeit kinetischer Daten war der kritische Faktor bei der Auswahl der computer-gest{\"u}tzten Modelle. Der Erfolg unserer Modelle konnte durch den Vergleich mit experimentellen Beobachtungen belegt werden. Die vergleichenden Modelle in Kapitel 6 und 9 k{\"o}nnen zur Untersuchung neuer Wirt-Pathogen Interaktionen verwendet werden. Beispielsweise f{\"u}hrt in Kapitel 6 die Analyse von Inhibitoren und inhibitorischer Signalwege aus drei Organismen zur Identifikation wichtiger regulatorischer Zentren in komplexen Organismen und in Kapitel 9 erm{\"o}glicht die Identifikation von drei Phasen in B. bronchiseptica und der Inhibition von IFN-\&\#947; durch den Faktor TTSS die Untersuchung {\"a}hnlicher Phasen und die Inhibition von IFN-\&\#947; in B. pertussis. Eine weitere wichtige Bedeutung bekommen diese Modelle durch die m{\"o}gliche Identifikation neuer, essentieller Komponenten in Wirt-Pathogen Interaktionen. In silico Modelle der Effekte von Deletionen zeigen solche Komponenten auf, die anschließend durch experimentelle Mutationen weiter untersucht werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Bordetella pertussis},
  language  = {en}
}