@phdthesis{Schaefer2014,
  author    = {Schaefer, Frauke},
  title     = {Diagnosis and therapy of malaria under the conditions of a developing country - the example of Burkina Faso},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-102863},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Malaria is a challenging infection with increasing and wide-spread treatment failure risk due to resistance. With a estimated death toll of 1-3 Million per year, most cases of Malaria affect children under the age of five years in Sub-Saharan Africa. In this thesis, I analyse the current status of malaria control (focussing on diagnosis and therapy) in Burkina Faso to show how this disease burdens public health in endemic countries and to identify possible approaches to improvement. MB is discussed as a therapeutic option under these circumstances. Burkina Faso is used as a representative example for a country in Sub-Saharan Africa with high endemicity for malaria and is here portrayed, its health system characterised and discussed under socioeconomic aspects. More than half of this country's population live in absolute poverty. The burden that malaria, especially treatment cost, poses on these people cannot be under-estimated. A retrospective study of case files from the university pediatric hospital in Burkina Faso's capital, Ouagadougou, shows that the case load is huge, and especially the specific diagnosis of severe malaria is difficult to apply in the hospital's daily routine. Treatment policy as proposed by WHO is not satisfactorily implemented neither in home treatment nor in health services, as data for pretreatment clearly show. In the face of growing resistance in malaria parasites, pharmacological combination therapies are important. Artemisinins currently are the last resort of malaria therapy. As I show with homology models, even this golden bullet is not beyond resistance development. Inconsidered mass use has rendered other drugs virtually useless before. Artemisinins should thus be protected similar to reserve antibiotics against multi-resistant bacteria. There is accumulating evidence that MB is an effective drug against malaria. Here the biological effects of both MB alone and in combination therapy is explored via modeling and experimental data. Several different lines of MB attack on Plasmodium redox defense were identified by analysis of the network effects. Next, CQ resistance based on Pfmdr1 and PfCRT transporters as well as SP resistance were modeled in silico. Further modeling shows that MB has a favorable synergism on antimalarial network effects with these commonly used antimalarial drugs, given their correct application. Also from the economic point of view MB shows great potential: in terms of production price, it can be compared to CQ, which could help to diminuish the costs of malaria treatment to affordable ranges for those most affected and struk by poverty. Malaria control is feasible, but suboptimal diagnosis and treatment are often hindering the achievment of this goal. In order to achieve malaria control, more effort has to be made to implement better adjusted and available primary treatment strategies for uncomplicated malaria that are highly standardised. Unfortunately, campaigns against malaria are chronically underfinanced. In order to maximize the effect of available funds, a cheap treatment option is most important, especially as pharmaceuticals represent the biggest single matter of expense in the fight against malaria.},
  subject      = {Malaria},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zirkel2011,
  author    = {Zirkel, Janina},
  title     = {Malaria in Burkina Faso - Chancen f{\"u}r eine neue Strategie mit Hilfe von Methylenblau},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72583},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Trotz betr{\"a}chtlicher Anstrengung Malaria zu kontrollieren bzw. zu eradizieren, stellt die Krankheit weiterhin eines der gravierendsten Gesundheitsprobleme unseres Jahrtausends dar. Malaria fordert j{\"a}hrlich zwischen 0,7 und 2,7 Millionen Menschenleben, beeintr{\"a}chtigt schulische und soziale Entwicklung und hemmt erheblich das Wirtschaftswachstum der betroffenen L{\"a}nder. In Burkina Faso, einem der {\"a}rmsten L{\"a}nder der Welt, ist Malaria eines der gr{\"o}ßten Gesundheitsprobleme und ca. ein Drittel aller Todesf{\"a}lle werden hier Malaria angelastet. Die sich weiter ausbreiteten Resistenzen gegen die g{\"a}ngigen Malariamedikamente machen die Bek{\"a}mpfung der Malaria zunehmend schwierig. Artemisinin basierende Kombinationstherapien sind aktuell, trotz relativ hoher Therapiekosten und erster Resistenzen, die Erstlinien Behandlung. Effektive und billige neue Kombinationstherapien werden dringend ben{\"o}tigt. In dieser Doktorarbeit wurde das Resistenzpotential von Artemisinin modelliert. Die Homologiemodellierungen unterst{\"u}tzen die These von Krishna und Kollegen von SERCA als einzige Zielstruktur von Artemisinin. Des Weiteren wurde Methylenblau als neues altes Malariamittel evaluiert. Methylenblau ist das erste gegen Malaria eingesetzte Medikament, agiert als ein prooxidatives Agens und inhibiert selektiv und nicht-kompetitiv die P. falciparum Glutathion Reduktase. Die additiven und multiplen Zielprotein Effekte von Methylenblau wurden experimentell untersucht und hier in einem bioinformatischem Modell getestet. Unter dem Einfluss von Methylenblau werden einige Schl{\"u}sselenzyme des Redoxstoffwechsels in ihrer Aktivit{\"a}t beeintr{\"a}chtigt und der Parasit wird verst{\"a}rkt oxidativem Stress ausgesetzt. Des Weiteren konnte in dieser Dr. Arbeit eine starke Kooperationsbereitschaft der urbanen und l{\"a}ndlichen Bev{\"o}lkerung an zuk{\"u}nftigen Malaria Projekten gezeigt werden.},
  subject      = {Methylenblau},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Derrer2010,
  author    = {Derrer, Bianca},
  title     = {Charakterisierung der Vitamin B6 Synthese und des Shikimatsyntheseweges im Malariaerreger Plasmodium ssp.},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-51456},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Malaria ist eine schwerwiegende Krankheit, die j{\"a}hrlich {\"u}ber eine Million Menschen t{\"o}tet. Die zunehmende Resistenzbildung gegen{\"u}ber den verwendeten Medikamenten macht die Entwicklung neuer Antimalariamittel dringend notwendig. Daher sind die Vitamin B6 Synthese und der Shikimatweg von besonderem Interesse, da diese beiden Synthesewege nur im Parasiten und nicht im Menschen vorkommen. Unter der Voraussetzung, dass diese essentiell f{\"u}r den Parasiten sind, b{\"o}ten sie ideale Ansatzpunkte zur Entwicklung neuer Antimalariamittel. Voraus gegangene Studien haben gezeigt, dass Plasmodium falciparum in der Lage ist, PLP de novo mittels eines bifunktionalen Enzymkomplex, bestehend aus den Proteinen Pdx1 und Pdx2, zu synthetisieren. Pdx1 stellt dabei die eigentliche Synthase dar, w{\"a}hrend Pdx2 als Glutaminase-Partner das ben{\"o}tigte Ammoniumion f{\"u}r den heterocyclen Ring bereitstellt. Zus{\"a}tzlich dazu verf{\"u}gt der Parasit auch {\"u}ber einen salvage pathway um PLP zu „recyclen", in dem der Pyridoxalkinase PdxK eine Schl{\"u}sselfunktion zuf{\"a}llt. Knockout Studien der pdx1 im Mausmalariasystem P. berghei haben gezeigt, dass PbPdx1 f{\"u}r eine optimale Entwicklung der Blutstadien ben{\"o}tigt wird, nicht jedoch f{\"u}r deren {\"U}berleben. Im Rahmen dieser Arbeit habe ich die Effekte eines pbpdxK(-) Knockouts in demselben System untersucht. Es konnte eine monoklonale Knockoutlinie generiert werden, was zeigte, dass PbPdxK nicht essentiell f{\"u}r das {\"U}berleben des Parasiten in den Blutstadien ist. Die Entwicklung w{\"a}hrend des Blutstadiums war von dem pbpdxK(-) Knockout nicht betroffen. Allerdings zeigte sich im Moskitostadium eine drastische Reduktion der Sporozoitenzahl sowohl in den Mitteld{\"a}rmen als auch in den Speicheldr{\"u}sen. Dieses Ergebnis legt nahe, dass PbPdxK essentiell f{\"u}r das {\"U}berleben der Sporozoiten ist. Daneben wurde versucht, die Gene pfpdx1, pfpdx2 sowie pfpdxK in P. falciparum 3D7 durch Verwendung der single cross over Strategie auszuschalten. Es konnte jedoch f{\"u}r keines der genannten Konstrukte eine Integration in die jeweiligen Genloci anhand von PCR-Analysen nachgewiesen werden. Ebenso scheiterte der Versuch, durch Rekombination eines komplement{\"a}ren Genabschnitts die Funktion des Gens zu rekonstituieren. Daher bleibt es unklar, ob pfpdx1, pfpdx2 und pfpdxK durch Knockout Strategien auszuschalten sind oder nur f{\"u}r Genmanipulationen nicht zug{\"a}nglich sind. Die Kultivierung von P. falciparum 3D7 Parasiten in Vitamin B6 depletiertem Medium hatte keinen Effekt auf deren Wachstum. Eine anschließende Analyse der Proteinextrakte zeigte eine erh{\"o}hte Expression der PfPdxK, w{\"a}hrend sich das Expressionslevel der PfPdx1 nicht ver{\"a}nderte. Es scheint, dass der Parasit in der Lage ist Vitamin B6 Mangel durch vermehrte Nutzung des salvage pathways vollst{\"a}ndig zu kompensieren. Fr{\"u}here Arbeiten zeigten, dass der C-Terminus der Pdx1 in die Aktivit{\"a}t des PLP Synthasekomplexes involviert ist. Aus diesem Grund wurden verschiedene C-terminale Deletionsmutanten der PfPdx1 konstruiert und dabei bis zu 30 Aminos{\"a}uren entfernt. Diese Analysen ergaben, dass der C-Terminus vier verschiedene Funktionen besitzt: das Assembly der Pdx1 Untereinheiten zum Dodekamer, die Bindung des Pentosesubstrats Ribose 5-Phosphat, die Bildung des Intermediats I320 und schließlich die PLP Synthese. Diese unterschiedlichen Funktionen wurden durch verschiedene Deletionsvarianten identifiziert. Dar{\"u}ber hinaus waren alle Deletionsvarianten in der Lage, die Glutaminase Pdx2 zu aktivieren, was zeigt, dass das Dodekamer nicht Vorraussetzung f{\"u}r die Glutaminaseaktivit{\"a}t ist. Aufgrund der geringen PLP Syntheseaktivit{\"a}t in vitro wurde vermutet, dass der PfPdx1/PfPdx2 Komplex durch einen zus{\"a}tzlichen Faktor aktiviert wird. Daher wurde versucht, mittels Yeast 2-Hybrid, basierend auf einer PCR-amplifizierten P. falciparum 3D7 cDNA-Bibliothek als bait und PfPdx1 als prey, einen Interaktionspartner zu identifizieren. Mehrere Klone wurden gewonnen, die alle einen Bereich des Mal13P1.540, einem putativen Hsp70 Proteins, enthielten. Jedoch scheiterten alle Versuche, die Protein-Protein-Interaktion mit rekombinant exprimierten Protein zu best{\"a}tigen. Ebenso war es nicht m{\"o}glich, das vollst{\"a}ndige Mal13P1.540 rekombinant zu exprimieren sowie dessen Lokalisation in vivo zu bestimmen. Daher bleibt die Interaktion von PfPdx1 und Mal13P1.540 ungekl{\"a}rt. Neben der Vitamin B6 Biosynthese konnten auch einige Gene des Shikimatweges in Plasmodium identifiziert werden. In P. berghei konnten der C-terminale Teil der 3-Dehydroquinatsynthase (2) sowie die Shikimatkinase (5) und die 5-Enoylpyruvylshikimat 3-Phosphatsynthase (6) in einem open reading frame (ORF) identifiziert werden, der dieselbe genetische Organisation aufweisen wie der Arom-Komplex der Hefen. Mit Hilfe eines Komplementationsassay wurde die Funktionalit{\"a}t dieses ORFs {\"u}berpr{\"u}ft. Dazu wurden S. cerevisiae BY4741Δaro1, ein Hefestamm ohne funktionalen Arom-Komplex, mit dem Pb2_6_5_ABC Fragment transformiert. Die so transformierten Hefen waren nicht in der Lage, auf Mangelplatten ohne aromatische Aminos{\"a}uren zu wachsen, was zeigte, dass das Pb2_6_5_ABC Konstrukt den BY4741Δaro1 Ph{\"a}notyp nicht komplementieren konnte. Der Versuch, mit Hilfe des Baculovirussytems rekombiant exprimiertes Protein zu erhalten, verlief erfolglos. Ebenso war es nicht m{\"o}glich, Teile des Proteins f{\"u}r Immunisierungen zu exprimieren. Daher bleibt die Funktionalit{\"a}t des Pb2_6_5_ABC Konstruktes ungekl{\"a}rt.},
  subject      = {Plasmodium falciparum},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Loewe2008,
  author    = {L{\"o}we, Tobias},
  title     = {Untersuchung von gene-drive-Strategien als neue Interventionsstrategien zur Eind{\"a}mmung der Malaria},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-28750},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit haben wir unter Nutzung bioinformatischer Methoden eine innovative Strategie zur Eind{\"a}mmung der Malaria entwickelt. Die genetische Modifikationsstrategie beinhaltet sowohl Manipulationen aufseiten des gef{\"a}hrlichsten Erregers, Plasmodium falciparum, als auch des Hauptvektors, Anopheles gambiae. In den Genomen beider Spezies wurden eine Reihe neuer konkreter targets identifiziert. Auch bereits beschriebene targets und Ans{\"a}tze wurden in die Strategie einbezogen bzw. weiter ausgestaltet. Bez{\"u}glich der Vektormoskitos wird die Verbreitung eines gegen{\"u}ber Plasmodien resistenten Genotyps angestrebt. Es werden einerseits effiziente nat{\"u}rliche und k{\"u}nstliche Resistenzgene diskutiert und andererseits eine bekannte Strategie zur Fixierung nat{\"u}rlicher Resistenzallele in nat{\"u}rlichen Populationen verbessert. Auf der Seite der Plasmodien erweiterten wir einen bereits von A. Burt (2003) beschriebenen Eradikationsansatz um weitere targets. Aus ethischen und evolutionsbiologischen Erw{\"a}gungen bevorzugen wir jedoch eine alternative Strategie, welche die Etablierung von in ihrer Virulenz gemilderten Parasiten zum Ziel hat. Der attenuierte Genotyp wird unter anderem durch komplexe Pathway-Remodellierungen beschrieben (L{\"o}we, Sauerborn, Schirmer, Dandekar, A refined genome engineering strategy against parasites and vectors, Manuskript beim Journal „Genome Biology" eingereicht). Da sich Mutanten in der Natur gegen Wildtyp-Organismen kaum durchsetzen k{\"o}nnen, werden zwei drive-Systeme beschrieben, welche f{\"u}r die Implementierung der genetischen Manipulationsstrategie entwickelt wurden. Beide Konstrukte wurden zur Patentierung angemeldet (Patentanmeldung U30010 DPMA bzw. Aktenzeichen 102006029354.1). Zus{\"a}tzlich zur deutschen wurde f{\"u}r eines der beiden Konstrukte eine PCT-Anmeldung eingereicht, welche in Zukunft einen internationalen Patentschutz erm{\"o}glichen soll. Es werden Kalkulationen vorgelegt, welche die Verbreitungstendenzen der Konstrukte in nat{\"u}rlichen Populationen vorhersagen. Die Beschreibung der entwickelten Konstrukte beschr{\"a}nkt sich nicht auf das prim{\"a}re Anwendungsgebiet der Arbeit (Malaria), sondern beinhaltet auch andere Anwendungsgebiete, vor allem im Bereich der Medizin und Molekularbiologie.},
  subject      = {Malaria tropica},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bertram2005,
  author    = {Bertram, Helge},
  title     = {Bioinformatische Identifikation von Dom{\"a}nenunterschieden bei Parasit und Wirt am Beispiel der Malaria},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17188},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Diese Arbeit untersucht zellul{\"a}re Netzwerke mit dem Ziel, die so gewonnenen Einsichten medizinisch beziehungsweise biotechnologisch zu nutzen. Hierzu m{\"u}ssen zun{\"a}chst Proteindom{\"a}nen und wichtige regulatorische RNA Elemente erkannt werden. Dies geschieht f{\"u}r regulatorische Elemente in Nukleins{\"a}uren am Beispiel von Iron Responsive Elements (IREs) in Staphylococcus aureus, wobei sich solche Elemente in viel versprechender N{\"a}he zu exprimierten Sequenzen finden lassen (T. Dandekar, F. Du, H. Bertram (2001) Nonlinear Analysis 47(1): 225-34). Noch bedeutsamer als Ziele zur Medikamentenentwicklung gegen Parasiten sind Dom{\"a}nenunterschiede in Struktur und Sequenz bei Proteinen (T. Dandekar, F. Du, H. Bertram (2001) Nonlinear Analysis 47(1): 225-34). Ihre Identifikation wird am Beispiel eines potentiellen Transportproteins in Plasmodium falciparum exemplarisch dargestellt. Anschließend wird das Zusammenwirken von regulatorischen Elementen und Dom{\"a}nen in Netzwerken betrachtet (einschließlich experimenteller Daten). Dies kann einerseits zu allgemeineren Schlussfolgerungen {\"u}ber das Netzwerkverhalten f{\"u}hren, andererseits f{\"u}r konkrete Anwendungen genutzt werden. Als Beispiel w{\"a}hlten wir hier Redoxnetzwerke und die Bek{\"a}mpfung von Plasmodien als Verursacher der Malaria. Da das gesamte Redoxnetzwerk einer lebenden Zelle mit Methoden der pH Wert Messung nur unzureichend zu erfassen ist, werden als alternative Messmethode f{\"u}r dieses Netzwerk Mikrokristalle der Glutathionreduktase als Indikatorsystem nach digitaler Verst{\"a}rkung experimentell genutzt (H. Bertram, M. A. Keese, C. Boulin, R. H. Schirmer, R. Pepperkok, T. Dandekar (2002) Chemical Nanotechnology Talks III - Nano for Life Sciences). Um komplexe Redoxnetzwerke auch bioinformatisch zu modulieren, werden Verfahren der metabolischen Fluxanalyse vorgestellt und verbessert, um insbesondere ihrer Verzahnung besser gerecht zu werden und solche Netzwerke mit m{\"o}glichst wenig elementaren Flussmoden zutreffend beschreiben zu k{\"o}nnen. Die Reduktion der Anzahl von Elementarmoden bei sehr großen metabolischen Netzwerken einer Zelle gelingt hier mit Hilfe unterschiedlicher Methoden und f{\"u}hrt zu einer vereinfachten Darstellungsm{\"o}glichkeit komplexer Stoffwechselwege von Metaboliten. Dabei dient bei jeder dieser Methoden die biochemisch sinnvolle Definition von externen Metaboliten als Grundlage (T. Dandekar, F. Moldenhauer, S. Bulik, H. Bertram, S. Schuster (2003) Biosystems 70(3): 255-70). Allgemeiner werden Verfahren der Proteindom{\"a}nenklassifikation sowie neue Strategien gegen mikrobielle Erreger betrachtet. In Bezug auf automatisierte Einteilung von Proteinen in Dom{\"a}nen wird ein neues System von Taylor (2002b) mit bekannten Systemen verglichen, die in unterschiedlichem Umfang menschlichen Eingriffs bed{\"u}rfen (H. Bertram, T. Dandekar (2002) Chemtracts 15: 735-9). Außerdem wurde neben einer Arbeit {\"u}ber die verschiedenen Methoden aus den Daten eines Genoms Informationen {\"u}ber das metabolische Netzwerk der Zelle zu erlangen (H. Bertram, T. Dandekar (2004) it 46(1): 5-11) auch eine {\"U}bersicht {\"u}ber die Schwerpunkte der Bioinformatik in W{\"u}rzburg zusammengestellt (H. Bertram, S. Balthasar, T. Dandekar (2003) Bioforum 1-2: 26-7). Schließlich wird beschrieben, wie die Pathogenomik und Virulenz von Bakterien der bioinformatischen Analyse zug{\"a}nglich gemacht werden k{\"o}nnen (H. Bertram, S. Balthasar, T. Dandekar (2003) Bioforum Eur. 3: 157-9). Im letzten Teil wird die metabolische Fluxanalyse zur Identifikation neuer Strategien zur Bek{\"a}mpfung von Plasmodien dargestellt: Beim Vergleich der Stoffwechselwege mit Glutathion und Thioredoxin in Plasmodium falciparum, Anopheles und Mensch geht es darum, gezielte St{\"o}rungen im Stoffwechsel des Malariaerregers auszul{\"o}sen und dabei den Wirt zu schonen. Es ergeben sich einige interessante Ansatzpunkte, deren medizinische Nutzung experimentell angestrebt werden kann.},
  subject      = {Plasmodium falciparum},
  language  = {de}
}