15954
2017
eng
e0169892
1
12
article
1
2018-03-22
--
--
Comparative genome sequencing reveals within-host genetic changes in Neisseria meningitidis during invasive disease
Some members of the physiological human microbiome occasionally cause life-threatening disease even in immunocompetent individuals. A prime example of such a commensal pathogen is Neisseria meningitidis, which normally resides in the human nasopharynx but is also a leading cause of sepsis and epidemic meningitis. Using N. meningitidis as model organism, we tested the hypothesis that virulence of commensal pathogens is a consequence of within host evolution and selection of invasive variants due to mutations at contingency genes, a mechanism called phase variation. In line with the hypothesis that phase variation evolved as an adaptation to colonize diverse hosts, computational comparisons of all 27 to date completely sequenced and annotated meningococcal genomes retrieved from public databases showed that contingency genes are indeed enriched for genes involved in host interactions. To assess within-host genetic changes in meningococci, we further used ultra-deep whole-genome sequencing of throat-blood strain pairs isolated from four patients suffering from invasive meningococcal disease. We detected up to three mutations per strain pair, affecting predominantly contingency genes involved in type IV pilus biogenesis. However, there was not a single (set) of mutation(s) that could invariably be found in all four pairs of strains. Phenotypic assays further showed that these genetic changes were generally not associated with increased serum resistance, higher fitness in human blood ex vivo or differences in the interaction with human epithelial and endothelial cells in vitro. In conclusion, we hypothesize that virulence of meningococci results from accidental emergence of invasive variants during carriage and without within host evolution of invasive phenotypes during disease progression in vivo.
PLoS ONE
10.1371/journal.pone.0169892
urn:nbn:de:bvb:20-opus-159547
PLoS ONE 12(1): e0169892 (2017). DOI: 10.1371/journal.pone.0169892
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Johanna Klughammer
Marcus Dittrich
Jochen Blom
Vera Mitesser
Ulrich Vogel
Matthias Frosch
Alexander Goesmann
Tobias Müller
Christoph Schoen
eng
uncontrolled
blood
eng
uncontrolled
comparative genomics
eng
uncontrolled
throat
eng
uncontrolled
genetic loci
eng
uncontrolled
Neisseria meningitidis
eng
uncontrolled
genomic libraries
eng
uncontrolled
genome sequencing
eng
uncontrolled
sequence assembly tools
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Hygiene und Mikrobiologie
Institut für Humangenetik
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Förderzeitraum 2017
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/15954/Klughammer_Plos_One.pdf
14651
2016
eng
e1005448
2
12
article
1
2017-03-31
--
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Species-Specific Adaptations of Trypanosome Morphology and Motility to the Mammalian Host
African trypanosomes thrive in the bloodstream and tissue spaces of a wide range of mammalian hosts. Infections of cattle cause an enormous socio-economic burden in sub-Saharan Africa. A hallmark of the trypanosome lifestyle is the flagellate’s incessant motion. This work details the cell motility behavior of the four livestock-parasites Trypanosoma vivax, T. brucei, T. evansi and T. congolense. The trypanosomes feature distinct swimming patterns, speeds and flagellar wave frequencies, although the basic mechanism of flagellar propulsion is conserved, as is shown by extended single flagellar beat analyses. Three-dimensional analyses of the trypanosomes expose a high degree of dynamic pleomorphism, typified by the ‘cellular waveform’. This is a product of the flagellar oscillation, the chirality of the flagellum attachment and the stiffness of the trypanosome cell body. The waveforms are characteristic for each trypanosome species and are influenced by changes of the microenvironment, such as differences in viscosity and the presence of confining obstacles. The distinct cellular waveforms may be reflective of the actual anatomical niches the parasites populate within their mammalian host. T. vivax displays waveforms optimally aligned to the topology of the bloodstream, while the two subspecies T. brucei and T. evansi feature distinct cellular waveforms, both additionally adapted to motion in more confined environments such as tissue spaces. T. congolense reveals a small and stiff waveform, which makes these parasites weak swimmers and destined for cell adherence in low flow areas of the circulation. Thus, our experiments show that the differential dissemination and annidation of trypanosomes in their mammalian hosts may depend on the distinct swimming capabilities of the parasites.
PLoS Pathogens
10.1371/journal.ppat.1005448
urn:nbn:de:bvb:20-opus-146513
PLoS Pathogens 12 (2): e1005448. doi:10.1371/journal.ppat.1005448
Joel L. Bargul
Jamin Jung
Francis A. McOdimba
Collins O. Omogo
Vincent O. Adung'a
Timothy Krüger
Daniel K. Masiga
Markus Engstler
eng
uncontrolled
swimming
eng
uncontrolled
viscosity
eng
uncontrolled
flagella
eng
uncontrolled
host-pathogen interactions
eng
uncontrolled
cell motility
eng
uncontrolled
blood
eng
uncontrolled
parasitic diseases
eng
uncontrolled
trypanosoma brucei gambiense
Medizin und Gesundheit
open_access
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Förderzeitraum 2016
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/14651/Bargul_journal.ppat.1005448.pdf
9673
2013
eng
article
1
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Chlamydia trachomatis Infection Induces Replication of Latent HHV-6
Human herpesvirus-6 (HHV-6) exists in latent form either as a nuclear episome or integrated into human chromosomes in more than 90% of healthy individuals without causing clinical symptoms. Immunosuppression and stress conditions can reactivate HHV-6 replication, associated with clinical complications and even death. We have previously shown that co-infection of Chlamydia trachomatis and HHV-6 promotes chlamydial persistence and increases viral uptake in an in vitro cell culture model. Here we investigated C. trachomatis-induced HHV-6 activation in cell lines and fresh blood samples from patients having Chromosomally integrated HHV-6 (CiHHV-6). We observed activation of latent HHV-6 DNA replication in CiHHV-6 cell lines and fresh blood cells without formation of viral particles. Interestingly, we detected HHV-6 DNA in blood as well as cervical swabs from C. trachomatis-infected women. Low virus titers correlated with high C. trachomatis load and vice versa, demonstrating a potentially significant interaction of these pathogens in blood cells and in the cervix of infected patients. Our data suggest a thus far underestimated interference of HHV-6 and C. trachomatis with a likely impact on the disease outcome as consequence of co-infection.
PLoS ONE
10.1371/journal.pone.0061400
urn:nbn:de:bvb:20-opus-96731
In: PLoS ONE (2013) 8: 4, doi:10.1371/journal.pone.0061400
Thomas Rudel
Bhupesh K. Prusty
Christine Siegl
Petra Hauck
Johannes Hain
Suvi J. Korhonen
Eija Hiltunen-Back
Mirja Poulakkainen
eng
uncontrolled
blood
eng
uncontrolled
chlamydia
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uncontrolled
chlamydia infection
eng
uncontrolled
chlamydia trachomatis
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uncontrolled
DNA replication
eng
uncontrolled
macrophages
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uncontrolled
polymerase chain reaction
eng
uncontrolled
viral load
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Mathematik
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Förderzeitraum 2013
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/9673/Rudel_journal.pone.0061400.pdf
5256
2011
deu
doctoralthesis
1
2011-11-21
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2011-05-18
Zellbiologische Aspekte der Motilität von Trypanosoma brucei unter Berücksichtigung der Interaktion mit der Mikroumwelt
Cell biological aspects of motility of Trypanosoma brucei in consideration of the interaction with the microenvironment
Trypanosomen sind Protozoen, die Krankheiten bei Mensch und Tier verursachen, die unbehandelt infaust verlaufen. Die Zellen sind hoch motil, angetrieben von einem einzelständigen Flagellum, welches entlang des Zellkörpers angeheftet ist. Selbst in Zellkultur hören Trypanosomen niemals auf sich zu bewegen und eine Ablation funktioneller Bestandteile des Flagellarapparates ist letal für Blutstromformen. Es wurde gezeigt, dass Motilität notwendig ist für die Zellteilung, Organellenpositionierung und Infektiosität. Dies macht Trypanosomen zu besonders geeigneten Modellorganismen für die Untersuchung der Motilität. Dennoch ist erstaunlich wenig über die Motilität bei Trypanosomen bekannt. Dies gilt auch noch genereller für die Protozoen. Unlängst ist dieses Gebiet allerdings in den Fokus vieler Arbeiten gerückt, was bereits erstaunliche, neue Erkenntnisse hervorgebracht hat. Doch Vieles ist noch nicht abschliessend geklärt, so z.B. wie der Flagellarschlag genau reguliert wird, oder wie sich der Schlag des Flagellums entlang des Zellkörpers ausbreitet. Die vorliegende Arbeit befasst sich besonders mit den Einflüssen, die die Mikroumgebung auf die Motilität von Blutstromform-Trypanosomen ausübt. In ihrem natürlichen Lebensraum finden sich Trypanosomen in einer hoch komplexen Umgebung wieder. Dies gilt sowohl für den Blutkreislauf, als auch für den Gewebezwischenraum in ihrem Säugerwirt. Die hohe Konzentration von Zellen, Gewebeverbänden und extrazellulären Netzwerken könnte man als Ansammlung von Hindernissen für die Fortbewegung auffassen. Diese Arbeit zeigt dagegen, dass der Mechanismus der Bewegung eine Adaptation an genau diese Umweltbedingungen darstellt, so z.B. an die Viskosität von Blut. Es wird auch ein Bewegungsmodell vorgestellt, das erläutert, worin diese Adaption besteht. Dies erklärt auch, warum die Mehrheit der Zellen einer Trypanosomenkultur eine ungerichtete Taumel-Bewegung aufweist in nieder-viskosem Medium, das keine solchen “Hindernisse” enthält. Die Zugabe von Methylcellulose in einer Konzentration von ca. 0,5% (w/v) erwies sich als geeigneter Ersatz von Blut, um optimale Bedingungen für gerichtetes Schwimmen von Blutstromform Trypanosomen zu erreichen. Zusätzlich wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Arten von Hindernissen, wie Mikroperlen (Beads) oder molekulare Netzwerke, sowie artifizielle, geordnete Mikrostrukturen verwendet, um die Interaktion mit einer festen Matrix zu untersuchen. In deren Anwesenheit war sowohl die Schwimmgeschwindigkeit, als auch der Anteil an persistent schwimmenden Trypanosomen erhöht. Zellen, die frei schwimmend in Flüssigkeiten vorkommen (wie Euglena oder Chlamydomonas), werden effizient durch einen planaren Schlag des Flagellums angetrieben. Trypanosomen hingegen mussten sich evolutionär an eine komplexe Umgebung anpassen, die mit einer zu raumgreifenden Welle interferieren würde. Der dreidimensionale Flagellarschlag des, an die Zelloberfläche angehefteten, Flagellums erlaubt den Trypanosomen eine effiziente Fortbewegung durch die Interaktion mit Objekten in jedweder Richtung gleichermassen. Trypanosomen erreichen dies durch eine hydrodynamisch verursachte Rotation ihres Zellkörpers entlang ihrer Längsachse, entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Einfluss der Mikroumgebung wurde in früheren Untersuchungen bisher vernachlässigt, ist zum Verständnis der Motilität von T. brucei jedoch unerlässlich. Ein weiterer, bisher nicht untersuchter Aspekt der Beeinflussung der Motilität durch die Umwelt sind hydrodynamische Strömungseffekte, denen Trypanosomen im kardiovaskulären System ausgesetzt sind. Diese wurden in dieser Arbeit mittels Mikrofluidik untersucht. Um unser Verständnis der Motilität von Trypanosomen von 2D, wie üblich in der Motilitätsanalyse mittels Lebend-Zell-Mikroskopie, auf drei Dimensionen auszudehnen, wurde als bildgebendes Verfahren auch die Holographie eingesetzt. Mikrofluidik und Holographie sind beides aufkommende Techniken mit großem Anwendungspotential in der Biologie, die zuvor noch nie für die Motilitätsanalyse von Trypanosomen eingesetzt worden waren. Dies erforderte daher interdisziplinäre Kooperationen. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit auch ein vollständig automatisiertes und Software-gesteuertes Fluoreszenzmikroskopiesystem entwickelt, das in der Lage ist, einzelne Zellen durch entsprechende Steuerung des Mikroskoptisches autonom zu verfolgen und somit eine Bewegungsanalyse in Echtzeit ermöglicht, ohne weitere Benutzerinteraktion. Letztendlich konnte dadurch auch die Bewegung der schlagenden Flagelle und des gesamten Zellkörpers mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung mittels Hochgeschwindigkeits-Fluoreszenzmikroskopie aufgeklärt werden.
Trypanosomes are protozoa causing fatal diseases in livestock and man. The cells show vivid motility, driven by a single flagellum that runs along the cell body, attached to the cell surface. Even in cell culture, trypanosomes never stop moving and ablation of functional components of the flagellum is lethal for bloodstream-forms. Motility has been shown to be essential for cell division, organelle positioning and infectivity. This renders trypanosomes valuable model organisms for studying motility. But, surprisingly little is known about motility in trypanosomes, as well as in protozoa, in general. Recently, motility of trypanosomes therefore has gotten into the spotlight of interest which brought some new insights, but many essential points are still a matter of debate, for example how the flagellar beat is regulated or how it is propagated along the cell body. In this work, the effects of the micro-environment of blood-stream form trypanosomes on motility were investigated. In their natural habitat, trypanosomes find themselves in a crowded environment. This is not only the case in the blood circulatory system, but also in extra-tissue space. The high concentration of cells and extra-cellular networks might be regarded as a kind of obstacle to cellular motion. This work shows that the mode of motility of bloodstream form trypanosomes instead is adapted to the viscosity of blood. Also a mechanistic model is presented which elucidates how this adaptation works. This also explains why most trypanosomes are tumbling in low-viscous cell culture medium, lacking other cellular components. Addition of Methylcellulose at a concentration of about 0.5% (w/v) was found to be a potent substitute for blood, providing optimal conditions for trypanosome motility. Also different types of obstacles like beads and molecular networks, as well as arranged pillar microstructures were used as a tool to mimic interaction with a solid matrix. In presence of these, the swimming speed as well as the percentage of persistent swimming cells was increased. Cells inhabiting an open-ranged environment (like Euglena or Chlamydomonas) are efficiently propelled by a planar flagellar wave. Trypanosomes in contrast, had to evolutionary adapt to a crowded environment, which would infer with any extensive planar wave. The three-dimensional flagellar beat of the attached flagellum allows trypanosomes to harness any rigid matrix for effective propulsion, in all directions equally. Trypanosomes achieve this by a rotational counter-clockwise motion of their whole cell body. Another environmental aspect for trypanosome motility that had not been studied before is the influence of hydrodynamic flow, which trypanosomes are subjected to, when swimming in the blood circulatory system. For studying this, in this work, the motilty of trypanosomes was analyzed in microfluidic devices. To extend our understanding of trypanosomal motility from 2D, like in standard microscopy based live-cell imaging analysis, to 3D, a imaging technique known as holography was used, in addition. Microfluidics as well as Holography both are emerging, high-potential techniques in biology, which had not been used for the motility analysis of trypanosomes before and establishing this therefore only got possible due to interdisciplinary collaborations. In addition, a custom fully automated, software-controlled, fluorescence microscopic system was developed in this work, which is able to track and follow single cells for motility analysis in real-time without the need for user input. The motion of the flagellar beat and the cell itself was investigated at high spatio-temporal resolution using highspeed fluorescence microscopy.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-56791
5679
X123525
Deutsches Urheberrecht
Niko Heddergott
deu
swd
Trypanosoma brucei
deu
swd
Motilität
deu
swd
Blutviskosität
deu
uncontrolled
Hochgeschwindigkeitsmikroskopie
deu
uncontrolled
Mikrofluidik
deu
uncontrolled
Mikroumwelt
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uncontrolled
Mikrostrukturen
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uncontrolled
Trypanosomen
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uncontrolled
Blut
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uncontrolled
Trypanosoma
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uncontrolled
motility
eng
uncontrolled
blood
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uncontrolled
microfluidics
eng
uncontrolled
microenvironment
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/5256/Heddergott_2011.pdf