@phdthesis{Fluegel1999,
  author    = {Fl{\"u}gel, Manfred},
  title     = {Molekularbiologische Studien zur Pathogenit{\"a}t und {\"O}kologie von Legionella pneumophila},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1178},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {1999},
  abstract  = {Legionella pneumophila, der Erreger der Legion{\"a}rskrankheit, ist ein Umweltkeim mit Verbreitung in aquatischen Habitaten. Die Keime sind in der Lage, sich intrazellul{\"a}r in eukaryontischen Zellen, wie Makrophagen, Monozyten und Protozoen zu vermehren. Die erfolgreiche Besiedlung {\"o}kologischer Nischen, aber auch das Virulenzpotential des Keimes k{\"o}nnen dabei von Umweltfaktoren abh{\"a}ngen. Die Erforschung {\"o}kologischer Zusammenh{\"a}nge kann daher f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der bakteriellen Virulenz von großer Bedeutung sein. Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die in der sp{\"a}ten station{\"a}ren Phase des Bakterienwachstums von L. pneumophila zu beobachtende intensive Pigmentierung des Kulturmediums. F{\"u}r diesen Ph{\"a}notyp ist das Legiolysin (Lly) verantwortlich. Es ist eines der wenigen bekannten Genprodukte von L. pneumophila, die einen Einfluß auf das {\"U}berleben des Keimes in der Umwelt haben. Legiolysin kann daher als Fitnessfaktor bezeichnet werden. Um die {\"o}kologischen Zusammenh{\"a}nge der Pigmentgenerierung n{\"a}her zu untersuchen, wurde das lly-positive Plasmid pEWL 1 subkloniert und sequenziert. Neben lly konnten in diesem Genabschnitt durch Sequenzvergleiche der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenzen sechs weitere Leseraster detektiert werden. Die drei unmittelbar benachbarten Gene von lly kodieren dabei f{\"u}r Proteine mit Funktionalit{\"a}t in Bezug zur lly-Determinante, w{\"a}hrend die drei upstream von lly liegenden Leseraster Homologien zu Proteinen aufweisen, die an Transportprozessen beteiligt sind. Die L{\"a}nge des RNA-Transkripts von lly konnte im Northern-Blot mit ungef{\"a}hr 1,8 kb bestimmt werden und l{\"a}ßt damit auf die gemeinsame Transkription des lly-Gens mit dem unmittelbar upstream liegenden Leseraster schließen. Durch Sequenzanalysen konnte aufgezeigt werden, daß das f{\"u}r diesen Ph{\"a}notyp verantwortliche Legiolysin-Gen f{\"u}r eine p-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxygenase (HPPD) kodiert. Dieses Enzym katalysiert die Umsetzung von p-Hydroxyphenylpyruvat zu Homogentisat (HGA). In Zusammenarbeit mit Prof. P. Proksch (Pharmazeutische Biologie, W{\"u}rzburg) konnte im Vergleich zu lly-negativen L. pneumophila- und rekombinanten E. coli-St{\"a}mmen in den Kultur{\"u}berst{\"a}nden von lly-positiven St{\"a}mmen auf Basis einer Hochdruck-Fl{\"u}ssigkeits-Chromatographie (HPLC) HGA nachgewiesen werden. Es konnte somit gezeigt werden, daß das Legiolysin-Gen f{\"u}r ein Protein mit HPPD- Aktivit{\"a}t kodiert, und in die Degradation der aromatischen Aminos{\"a}uren Phenylalanin und Tyrosin involviert ist. Des weiteren wurden chromosomale Integrationsmutationen der aus L. pneumophila stammenden Gene lly und mip ("macrophage infectivity potentiator") in E. coli K-12 St{\"a}mmen erstellt. Diese wurden nachfolgend in {\"o}kologisch ausgerichteten Langzeitstudien eingesetzt. Die chromosomale Integration von lly erfolgte als ortsspezifische Rekombination in die l att - site von E. coli WM 2269. Die Integration von mip erfolgte in die fim-Region des E. coli K-12-Stammes AAEC 160. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit befaßt sich mit {\"o}kologischen Studien zur Persistenz von L. pneumophila in der Umwelt. Durch die Bestrahlung mit Licht {\"u}ber einen Verlauf von sieben Tagen konnte gezeigt werden, daß die Exprimierung von lly zu einer Persistenz unter Lichtstreß f{\"u}hrt. Dieser Lichtschutz k{\"o}nnte in der Umwelt, aber auch bei der Sanierung von Wasserleitungssystemen mittels UV-Licht Relevanz aufweisen. Die Assoziation von L. pneumophila JR32 und JR32-1 (lly-negativ) mit dem Cyanobakterium Fischerella wurde in Mikrokosmen {\"u}ber einen Verlauf von sieben Tagen beobachtet. Dabei konnte gezeigt werden, daß Legionella in Assoziation mit Fischerella bzw. in dessen {\"U}berstand zu persistieren vermag, w{\"a}hrend dies den Bakterien in frischem Fischerella-Medium nicht m{\"o}glich war. Wie die Coinkubation der Fischerellen mit L. pneumophila JR32-1 zeigte, spielt die Expression von lly dabei keine Rolle. Ein Wachstum der Bakterienkulturen konnte weder im Fischerella-{\"U}berstand, noch in Fischerella-Medium beobachtet werden. Durch Rasterelektronenmikroskopie konnte der adh{\"a}sive Charakter der Assoziation von L. pneumophila zu Fischerella dokumentiert werden. Durch Persistenzstudien von L. pneumophila und E. coli in Boden wurde die {\"U}berlebensf{\"a}higkeit der Mikroorganismen in suboptimaler Umgebung getestet. F{\"u}r Legionella ist eine rapide Abnahme der Zellzahl schon nach kurzer Zeit zu detektieren. Nach sechs Tagen konnten keine Zellen mehr kultiviert werden. Die Defizienz der Pathogenit{\"a}ts- und Umweltfaktoren Mip, Fla (Flagellin) und Lly hatte dabei keinen Einfluß auf die Persistenz der Bakterien im Boden. Zudem sind die zuvor generierten rekombinanten E. coli-Klone AAEC 160-1 und WM 2269-1 mit genomischer mip- bzw. lly-Integration eingesetzt worden. Innerhalb von vier Wochen konnte f{\"u}r diese St{\"a}mme eine kontinuierliche Reduktion der Zellzahlen beobachtet werden. Somit erwies sich keiner der Organismen als erfolgreicher Besiedler der Bodenprobe. Die Studien zum Verlust der Kultivierbarkeit von L. pneumophila und E. coli erfolgten in autoklaviertem Leitungswasser bzw. PBS und zwei unterschiedlich behandelten Varianten von Mainwasser. Neben sterilfiltriertem Mainwasser fand die Inokulierung der Organismen auch in einem Ansatz mit autoklaviertem Mainwasser statt. Es konnte gezeigt werden, daß L. pneumophila in Leitungswasser und Mainwasser außerordentlich gut zu persistieren vermochte. Zudem konnte dokumentiert werden, daß auch E. coli DH5a in ein lebensf{\"a}higes, aber nicht mehr kultivierbares Ruhestadium (viable but nonculturable, VBNC) eintreten kann. Parallel zur Ermittlung der CFU-Werte wurden w{\"a}hrend des Verlaufs der Experimente die Lebendzellzahlen durch Fluoreszenzf{\"a}rbungen bestimmt. Der {\"U}bergang von L. pneumophila in das VBNC-Ruhestadium wurde zudem durch in situ - Hybridisierungen mit fluoreszenzmarkierten 16 S rRNA-Oligonukleotidsonden dokumentiert. Im Naturhaushalt spielt dieser {\"U}bergang zu VBNC-Stadien bei Umweltbakterien zur {\"U}berwindung ung{\"u}nstiger Phasen eine große Rolle. Schließlich erfolgten Experimente zur Reaktivierung der VBNC-Ruhestadien. Diese Reaktivierung ist abh{\"a}ngig von speziesspezifischen Triggern und kann bei L. pneumophila durch Coinkubation mit Acanthamoeba castellanii erfolgen.},
  subject      = {Legionella pneumophila},
  language  = {de}
}