TY  - THES
A1  - Selle, Martina
T1  - Interaktionen zwischen sekretierten Proteinen von Staphylococcus aureus und der Immunantwort des Wirtes
T1  - Interaction of secreted proteins of Staphylococcus aureus and host immune response
N2  - Staphylococcus aureus ist ein grampositives Bakterium, welches häufig als kommensaler Besiedler auf der Nasen- und Rachenschleimhaut von Säugetieren vorkommt. Darüber hinaus besitzt dieser fakultativ pathogene Mikroorganismus die Fähigkeit schwer zu behandelnde Krankenhausinfektionen auszulösen. Aufgrund der weiten Verbreitung von Antibiotikaresistenzen und dem Mangel an effektiven Therapien, verursachen S. aureus Infektionen jährlich enorme Kosten für das Gesundheitssystem. S. aureus wird meist von der Nase zum primären Infektionsort übertragen, wodurch zunächst sehr häufig Wund- und Weichteilinfektionen hervor gerufen werden. Von diesem primären Infektionsort ausgehend, kann der Erreger tiefer liegende Gewebsschichten infizieren oder sich über den Blutstrom im gesamten Organismus ausbreiten. Das Spektrum an Krankheitsbildern reicht von leichten Abszessen der Haut bis zu schweren, lebensbedrohlichen Erkrankungen wie Pneumonien und akuter Sepsis.
Für die erfolgreiche Kolonisierung und Infektion des Wirtes exprimiert S. aureus eine Vielzahl unterschiedlicher Virulenzfaktoren. Die wohl größte Gruppe an Virulenzfaktoren umfasst die Proteine, die an der Immunevasion und der Umgehung von verschiedenen Abwehrstrategien des Immunsystems beteiligt sind. Das bisherige Wissen über die Interaktion von S. aureus mit dem Immunsystem des Wirtes und die zugrunde liegenden Pathogenitätsmechanismen ist bisher limitiert.
Um neue Erkenntnisse über die Interaktion von Wirt und Pathogen zu erlangen, wurden im Rahmen dieser Arbeit bislang unbekannte sekretierte und Oberflächen-assoziierte Proteine von S. aureus funktionell charakterisiert. Die Funktion der ausgewählten Proteine wurde in vitro hinsichtlich Einfluss auf Komponenten des Immunsystems, Adhäsion an Wirtsfaktoren und Invasion in eukaryotische Zellen untersucht.
Mit Hilfe der vorangegangenen in-vitro-Charakterisierung der putativen Virulenzfaktoren, konnte für die cytoplasmatische Adenylosuccinat-Synthase PurA eine neuartige Funktion identifiziert werden. PurA ist bekannt als essentielles Enzym der de novo Purin-Synthese. In dieser Arbeit wurde nun gezeigt, dass PurA zudem an der Immunevasion beteiligt ist. Durch die Bindung des humanen Faktor H des Komplementsystems schützt PurA S. aureus vor der lytischen Aktivität des Komplementsystems und verhindert die Opsonisierung des Pathogens. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde PurA detailliert charakterisiert. In Bindungsstudien mit rekombinantem Faktor H und PurA wurde eine direkte Interaktion beider Proteine nachgewiesen, wobei Faktor H mit dem N-terminalen Bereich von PurA interagiert. Weiterhin konnte PurA durch Immunfluoreszenz und FACS-Analysen auf der Zelloberfläche nachgewiesen werden, wo es wahrscheinlich mit der Zellwand assoziiert vorliegt. Dort rekrutiert es Faktor H an die bakterielle Oberfläche und verhindert das Fortschreiten der Komplement-Kaskade und damit die Lyse des Pathogens. Aufgrund der Multifunktionalität zählt PurA somit zur Gruppe der Moonlighting Proteine.
Des Weiteren wurde die Rolle von PurA im Infektionsgeschehen in zwei unabhängigen Tiermodellen untersucht. In beiden Modellen wurde ein signifikant reduziertes Virulenzpotential der ΔpurA-Mutante beobachtet. Zukünftig soll geklärt werden, ob die verminderte Virulenz in der fehlenden Komplementevasion oder im Defekt in der Purin-Synthese begründet ist. Aufgrund der sehr starken Attenuation in allen untersuchten Infektionsmodellen sollte PurA als potentielles Target für eine Therapie von S. aureus Infektionen weiter charakterisiert werden. Im Ergebnis dieser Arbeit wurde demnach mit PurA ein neues Moonlighting Protein identifiziert, das als Inhibitor des Komplementsystems wesentlich zur Immunevasion von S. aureus beiträgt.
Für das bessere Verständnis der humoralen S. aureus-spezifischen Immunantwort, Unterschieden in der Antikörperantwort und der gebildeten Antikörperspezifitäten wurde weiterhin das während der Kolonisierung und Infektion gebildete S. aureus-spezifische Antikörperprofil untersucht. Dazu wurden Plasmen von humanen nasalen Trägern und Nicht-Trägern sowie murine Seren von infizierten Tieren untersucht. Insbesondere wurde das Pathogen-spezifische Antikörperprofil in unterschiedlichen Infektionsmodellen mit Hilfe eines Proteinarrays analysiert, der im Rahmen dieser Arbeit in einer Kooperation mit der Firma Alere Technologies (Jena, Deutschland) und universitären Forschergruppen der Universitäten Greifswald, Münster und Jena mitentwickelt wurde. Die Antikörperprofile von intramuskulär und intravenös infizierten Tieren resultierten in jeweils spezifischen Antikörperprofilen. Diese Ergebnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen der Art der Infektion und der gebildeten Antikörperspezifitäten hin. Wahrscheinlich beruht dies auf einer gewebespezifischen Genexpression als Anpassung an die individuellen Bedürfnisse im Wirtsorganismus. Das ausgebildete Antikörperprofil gibt somit einen Einblick in das Expressionsmuster von Virulenzfaktoren von S. aureus unter in vivo Bedingungen und trägt damit zum Verständnis der komplexen Interaktion von Pathogen und Wirt bei. Diese Untersuchungen ergänzen zudem die bisherigen Kenntnisse über die Anpassung der humoralen Immunantwort an eine asymptomatische Kolonisierung im Gegensatz zu einer akuten Infektion durch S. aureus. Darüber hinaus können die gewonnenen Ergebnisse für diagnostische Zwecke und zur Identifikation von neuen Zielstrukturen für eine Vakzin-Entwicklung genutzt werden.
N2  - S. aureus is a gram-positive bacterium that is prevalent in animals. It is part of the commensal nasal and respiratory flora. Moreover, it has the ability to transform into a pathogenic micro-organism, thereby eliciting different diseases including hospital-associated infections. S. aureus is transmitted via direct contact from nasal mucosa to the site of infection where it may provoke skin and soft tissue infections. Due to the rapid development of resistance to antibiotics and a current lack of effective treatment options, S. aureus infections cause enormous costs for the health-care system. Starting from the primary site of infection, S. aureus invades into deeper tissues and into the bloodstream during the course of the infection. This leads to a dissemination of the pathogen in the body and is associated with a broad spectrum of diseases including skin abscesses, pneumonia or even acute septicaemia.
The pathogen S. aureus produces a multitude of virulence factors that help to colonize and infect the human host. Probably the most extensive group habours proteins involved in immune evasion and circumvent different host defence mechanisms. Understanding of the interaction between S. aureus and the host immune response and the underlying pathogenicity mechanism is still limited.
As a part of this work, the interaction of novel secreted and surface-associated proteins of S. aureus with the host immune response was investigated in order to expand the knowledge of host pathogen interactions. Therefore, the function of thus far uncharacterized extracellular proteins  of S. aureus was investigated in vitro in relation to influence on components of the immune system, adhesion to host factors and invasion in eukaryotic cells.
By using results from previous in vitro characterization of putative virulence factors, a novel function of cytoplasmic adenylosuccinate synthetase PurA was identified. Beside the catalytic reaction during de novo purine synthesis, PurA is independently involved in immune evasion. By binding human complement regulators such as factor H, it protects the bacteria from the lytic activity of the human complement system and prevents the opsonization of the pathogen. The progression of the complement cascade on the bacterial surface is prevented by recruiting complement FH. 
On the basis of these findings, the moonlighting protein PurA was therefore characterized in detail. In this, the binding between both interaction partners FH and PurA was analysed first. Moreover, it was shown that the cytosolic protein PurA is also associated with the bacterial cell wall. Besides the in vitro characterization of PurA, the impact of the multitasking protein of S. aureus on virulence was investigated in vivo. Therefore ΔpurA deletion mutants were studied regarding their virulence potential in the alternative animal model Galleria mellonella as well as in mice. Due to the reduced virulence of ΔpurA deletion mutants in all investigated animal models, PurA was suggested as a potential target for antibiotic treatment during S. aureus infection. In summary, the moonlighting protein PurA enlarges the spectrum of immune evasion strategies used by S. aureus with a complement system inhibitor.
For better understanding of the pathogen-specific humoral immune response, the differences in antibody response and specificities were investigated in human plasma of nasal carriers and non-carriers as well as in murine sera of infected animals. Moreover, the anti-S. aureus antibody profile developed during infection was characterized depending on the type of infection by using a protein array that was co-developed in cooperation with the company Alere technologies (Jena, Germany) and university research groups from Greifswald, Münster and Jena. The results of the differentially infected mice indicated a relationship between developed antibody specificities and type of infection which is likely due to differential gene expression as an adaptation to individual requirements in the host environment. The results give insights into the expression pattern of virulence factors of S. aureus under in vivo conditions contributing to the understanding of the highly complex interaction between pathogen and host. Moreover, these findings supplement the current experience in the adaptations of the humoral immune response to asymptomatic colonization and acute infection. The results gained from this study can be used as a diagnostic tool or for target identification in the development of vaccine.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Komplement <Immunologie>
KW  - Virulenzfaktor
KW  - Antikörper-Antwort
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128031
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mielich-Süß, Benjamin
T1  - Elucidating structural and functional aspects of prokaryotic membrane microdomains
T1  - Aufklärung struktureller und funktioneller Aspekte von prokaryotischen Membranmikrodomänen
N2  - Bacterial functional membrane microdomains (FMMs) are membrane platforms that resemble lipid rafts of eukaryotic cells in certain functional and structural aspects. Lipid rafts are nanometer-sized, dynamic clusters of proteins and lipids in eukaryotic cell membranes that serve as signaling hubs and assembling platforms. Yet, studying these structures can often be hampered by the complexity of a eukaryotic cell. Thus, the analogous structures of prokaryotes are an attractive model to study molecular traits of this type of membrane organization. 
Similar to eukaryotic lipid rafts, the bacterial FMMs are comprised of polyisoprenoid lipids, scaffold proteins and a distinct set of membrane proteins, involved in signaling or secretion. Investigating bacterial FMMs not only contributes to the understanding of the physiological importance of FMMs in bacteria, but also helps to elucidate general principles of rafts beyond prokaryotes. 
In this work, a bacterial model organism was used to investigate effects of synthetic overproduction of the raft scaffolding proteins on bacterial physiology. This overexpression causes an unusual stabilization of the FMM-harbored protease FtsH and therefore the proteolytic targets of FtsH are not correctly regulated. Developmental defects and aberrances in shape are the consequence, which in turn negatively affects cell physiology. These findings may be adapted to better understand lipid raft processes in humans, where flotillin upregulation is detected along with development of neurological diseases.
Moreover, it was aimed at understanding the FMM-proteome of the human pathogen Staphylococcus aureus. An in-depth quantitative mass-spectrometry analysis reveals adaption of the protein cargo during different conditions, while maintaining a distinct set of core FMM proteins. As a case study, the assembly of the type VII secretion system was shown to be dependent on FMM integrity and more specifically on the activity of the FMM-scaffold flotillin. This secretion system is important for the virulence of this pathogen and its secretion efficiency can be targeted by small molecules that inhibit flotillin activity. This opens new venues for non-conventional antimicrobial compounds to treat staphylococcal infections.
N2  - Funktionelle Membranmikrodomänen (FMMs) in Bakterien sind Membranplattformen, die in strukturellen und funktionellen Aspekten mit Lipid Rafts eukaryotischer Zellen vergleichbar sind. Diese Nanometer-großen, dynamischen Protein-/Lipid-Cluster in der eukaryotischen Zellmembran dienen als Signalzentrum und Assemblierungsplattformen. Allerdings ist die Arbeit an diesen Strukturen durch die Komplexität der eukaryotischen Zellen oft eingeschränkt. Daher sind prokayotische Zellen attraktive Modellsysteme, um molekulare Eigenschaften dieser Art von Membranorganisation zu untersuchen. 
Ähnlich wie eukaryotische Lipid Rafts, bestehen FMMs aus polyisoprenoiden Lipiden, Scaffold-Proteinen und bestimmten Membranproteinen, die z.B. an Signalweiterleitung und Sekretion beteiligt sind. Die Untersuchung bakterieller FMMs trägt nicht nur dazu bei, die physiologische Relevanz der FMMs in Bakterien selbst zu verstehen, sondern auch um generelle Membranorganisationsprinzipien aufzuklären, die über Bakterien hinausgehen. 
In dieser Arbeit wurde daher ein bakterieller Modellorganismus benutzt, um Effekte von synthetischer Überproduktion von Raft-assoziierten Scaffold-Proteinen zu untersuchen. Diese Überexpression führt zu einer unüblichen Stabilisierung der Protease FtsH, die in den FMMs zu finden ist, was eine fehlerhafte Regulierung der Zielproteine von FtsH zur Folge hat. Demzufolge sind Entwicklungsdefekte und Anomalien in der Zellform die Konsequenzen, die im Umkehrschluss die Zellphysiologie negativ beeinträchtigen. Diese Ergebnisse können dazu dienen, Lipid-Raft Prozesse in Menschen besser zu verstehen, wo die Hochregulierung von Flotillin im Zusammenhang mit neurologischen Krankheiten steht.
Darüber hinaus zielt diese Arbeit darauf ab, das FMM-Proteom des humanen Pathogenes Staphylococcus aureus besser zu verstehen. Eine detaillierte, quantitative Massenspektrometrieanalyse hat ergeben, dass das Proteincargo der FMMs sich zwar verschiedenen Bedingungen anpasst, aber auch ein bestimmtes Kernproteom in allen getesteten Bedingungen beibehält. Als Fallstudie wurde gezeigt, dass die Assemblierung des Typ VII Sekretionssystems von den FMMs, und im Detail von der Aktivität des Scaffoldproteins Flotillin, abhängig ist. Dieses Sekretionssystem ist wichtig für die Virulenzausbildung dieses Pathogenes und die Sekretionseffizienz kann durch kleine Moleküle verringert werden, die die Aktivität von Flotillin inhibieren. Diese Strategie eröffnet neue Möglichkeiten für die Anwendung unkonventioneller, antimikrobieller Substanzen, um Staphylokokken-Infektionen zu behandeln.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Heubacillus
KW  - Membranlipide
KW  - Bacillus subtilis
KW  - lipid rafts
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162037
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TY  - THES
A1  - Kaspar, Stefanie Maria
T1  - Untersuchungen zur Bedeutung des Toxins Panton - Valentine - Leukozidin bei ambulant erworbenen Hautinfektionen durch Staphylococcus aureus
T1  - Study about the role of the Panton – Valentine leukocidin in community- acquired skin infections caused by Staphylococcus aureus
N2  - In der vorgelegten Promotionsarbeit wurden die typischen bakteriellen MSSA bzw. MRSA Hautinfektionen einer dermatologischen Klinik mit dem Einzugsgebiet Nordbayern auf krankheitsrelevante Faktoren von PVL untersucht.
Interessanterweise fand sich bei der Präsenz von PVL keine Korrelation mit Methicillinresistenz oder Krankheitsschwere. Weder atopische Diathese noch Rauchen oder Körpergewicht scheinen das Auftreten des Pathogenitätsfaktors zu begünstigen. Allerdings traten die PVL positiven S. aureus Hautinfektionen bevorzugt bei jüngeren und weiblichen Patienten auf. Bei den untersuchten Hauterkrankungen zeigten S. aureus Stämme eine ausgeprägte Vielfalt. Es konnte kein spezieller epidemiologischer Stamm identifiziert werden.
Die Ergebnisse dieser Studie sind jedoch nur eingeschränkt auf ein großes Kollektiv projizierbar, da der Untersuchungszeitraum insgesamt nur 7 Jahre betrug und sich das Patientenkollektiv auf das Einzugsgebiet des Klinikums beschränkte.
N2  - The dissertation on the role of the Panton- Valentine leukocidin toxin in community- acquired skin infections caused by Staphylococcus aureus in a dermatological clinic in the region North Bavaria demonstrate that the PVL status of S. aureus isolated from skin infections was neither correlated with methicillin- resistance nor with the severity of disease. Remarkably, PVL- positive S. aureus strains appeared to be more frequent in younger than in older patients. The spa types showed a high variability in PVL – positive as well as in PVL – negative strains.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - PVL
KW  - Hautinfektion
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161535
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TY  - THES
A1  - Garcia Betancur, Juan Carlos
T1  - Divergence of cell-fates in multicellular aggregates of \(Staphylococcus\) \(aureus\) defines acute and chronic infection cell types
T1  - Divergenz von Zelldifferenzierung in multizellulären Aggregaten von \(Staphylococcus\) \(aureus\) grenzt Zelllinien für akute und chronische Infektionen voneinander ab
N2  - Staphylococcus aureus is a versatile human pathogen that normally develops acute or chronic infections. The broad range of diseases caused by this bacterium facilitates the escape from the host's immune response as well as from target-specific antimicrobial therapies. Nevertheless, the underlying cellular and molecular mechanisms that enable S. aureus to cause these disparate types of infections are largely unknown. In this work, we depicted a novel genetic program involved in the development of cell-fate decision, which promotes the differentiation of the staphylococcal cells into two genetically identical but differently heritable cell lines capable of defining the course of an infection, by simultaneously progressing to (i) a biofilm-associated chronic infection or (ii) a disperse acute bacteremia. Here, S. aureus growing in architecturally complex multicellular communities harbored different cell types that followed an exclusive developmental plan, resulting in a clonal heterogeneous population. We found that these cell types are physiologically specialized and that, this specialization impacts the collective behavior within the multicellular aggregates. Whereas one cell line that we named BRcells, promotes biofilm formation that engenders chronic infections, the second cell line, which we termed DRcells is planktonic and synthetizes virulence factors, such as toxins that can drive acute bacteremia. We identified that the positive feedback loop present in Agr quorum sensing system of S. aureus acts a bimodal switch able to antagonistically control the divergence of these two physiologically distinct, heritable cell lines. Also, we found that this bimodal switch was triggered in response to environmental signals particularly extracellular Mg2+, affecting the size of the subpopulations in specific colonization environments. Specifically, Mg2+-enriched environments enhanced the binding of this cation to the staphylococcal teichoic acids, increasing the rigidity of the cell wall and triggering a genetic program involving the alternative sigma factor σB that downregulated the Agr bimodal switch, favoring the enrichment of the BRcells type. Therefore, colonization environments with different Mg2+ content favored different outcomes in the bimodal system, defining distinct ratio in the BRcells/DRcells subpopulations and the S. aureus outcome in our in vitro model of development of multicellular aggregates and, the infection outcome in an in vivo mice infection model. In this prime human pathogen cell-fate decision-making generates a conserved pattern of heritable, physiological heterogeneity that actively contributes to determine the course of an infection through the emergence and spatio-temporal dynamics of distinct and specialized cell types. In conclusion, this work demonstrates that cell differentiation in pathogenic bacteria is a fundamental phenomenon and its understanding, is central to understand nosocomial infections and to designing new anti-infective strategies
N2  - Staphylococcus aureus ist ein wandlungsfähiges humanes Pathogen, das im Allgemeinen akute oder chronische Infektionen entwickelt. Das breite Spektrum von Krankheiten, die von diesem Bakterium verursacht werden, erleichtert es, sowohl der Immunantwort des Wirts als auch gezielten antimikrobiellen Therapien zu entgehen. Dennoch sind die zellulären und molekularen Mechanismen, die S. aureus die Entwicklung dieser verschiedenartigen Infektionsarten ermöglichen, weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit beschreiben wir ein neues genetisches Programm, das bei der Entwicklung der Zelldifferenzierung beteiligt ist und die Differenzierung der Staphylokokken-Zellen in zwei genetisch identische, aber unterschiedliche, erbliche Zelllinien fördert. Diese können den Verlauf einer Infektion bestimmen, indem sie sich gleichzeitig entwickeln zu (i) einer Biofilm-assoziierten chronischen Infektion oder (ii) einer sich ausbreitenden akuten Bakteriämie. Hier verbirgt S. aureus, der in architektonisch komplexen multizellulären Bakteriengemeinschaften wächst, verschiedene Zelltypen, die einem einzigartigen Entwicklungsplan folgen, resultierend in einer klonal heterogenen Population. Wir haben festgestellt, dass diese Zellzypen physiologisch spezialisiert sind, und dass diese Spezialisierung das kollektive Verhalten innerhalb der multizellulären Aggregate beeinflusst. Während eine Zelllinie, die wir als BRcells benennen, Biofilm-Bildung fördert, was chronische Infektionen erzeugt, ist die zweite Zelllinie, als DRcells bezeichnet, planktonisch und synthetisiert Virulenzfaktoren wie Toxine, die eine akute Bakteriämie verursachen können. Wir haben identifiziert, dass die im Agr Quorum sensing System von S. aureus vorhandene positive Rückkopplung als bimodaler Schalter agiert, der antagonistisch die Divergenz dieser beiden physiologisch unterschiedlichen, vererbbaren Zelllinien kontrolliert. Wir haben auch gefunden, dass dieser bimodale Schalter durch Signale aus der Umgebung ausgelöst wird, insbesondere durch extrazelluläres Mg2+, wodurch die Größe der Subpopulationen in spezifischen Kolonisierungsumgebungen beeinflusst wird. Besonders Mg2+-angereicherte Umgebungen fördern die Bindung dieses Kations mit den Teichonsäuren von Staphylokokken, welche die Steifigkeit der Zellwand erhöhen und ein genetisches Programm initialisieren, welches den alternativen Sigmafaktor σB beinhaltet. Dieser regelt den bimodalen Agr Schalter herunter und begünstigt die Anreicherung des Brcells Zelltyps. Daher begünstigen verschiedene Kolonisierungsumgebungen mit verschiedenem Mg2+ Gehalt unterschiedliche Ergebnisse im bimodalen System, welche sich in individuellen Verhältnissen der Brcells/Drcells Subpopulationen und dem Ergebnis für S. aureus – sowohl in unserem in vitro Modell der Entwicklung multizellulärer Aggregate als auch der Entzündungsentwicklung in einem in vivo Maus-Infektionsmodell. In diesem primären Humanpathogen generiert die Zelldifferenzierung ein bleibendes Muster von vererbbarer, physiologischer Heterogenität, die aktiv dazu beiträgt, den Infektionsverlauf durch das Auftreten und die räumlich-zeitliche Dynamik verschiedener spezialisierter Zelltypen zu bestimmen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass Zelldifferenzierung in pathogenen Bakterien ein grundlegendes Phänomen ist. Diese zu erfassen ist zentral für das Verständnis nosokomialer Infektionen und die Konzeption neuer Strategien gegen Infektionen.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Pathogenität
KW  - Biofilm
KW  - Cell differentiation
KW  - Multicellular aggregates
KW  - Biofilms
KW  - Multizellulären Bakteriengemeinschaften
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-148059
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TY  - THES
A1  - Das, Sudip
T1  - Genome-wide identification of virulence-associated genes in Staphylococcus aureus using Transposon insertion-site deep sequencing
T1  - Genomweite Identifizierung Virulenz-assoziierter Gene in Staphylococcus aureus mittels Transposon-Sequenzierung
N2  - Staphylococcus aureus asymptomatically colonises one third of the healthy human population, finding its niche in the nose and on skin. Apart from being a commensal, it is also an important opportunistic human pathogen capable of destructing tissue, invading host cells and killing them from within. This eventually contributes to severe hospital- and community-acquired infections. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), resistant to commonly used antibiotics are protected when residing within the host cell.
This doctoral thesis is focused on the investigation of staphylococcal factors governing intracellular virulence and subsequent host cell death. To initiate an unbiased approach to conduct this study, complex S. aureus mutant pools were generated using transposon insertional mutagenesis. Genome-wide infection screens were performed using these S. aureus transposon mutant pools in vitro and in vivo, followed by analysis using Transposon insertion site deep sequencing (Tn-seq) technology.
Amongst several other factors, this study identified a novel regulatory system in S. aureus that controls pathogen-induced host cytotoxicity and intra-host survival. The primary components of this system are an AraC-family transcription regulator called Repressor of surface proteins (Rsp) and a virulence associated non-coding RNA, SSR42. Mutants within rsp exhibit enhanced intra-host survival in human epithelial cells and delayed host cytotoxicity. Global gene-expression profiling by RNA-seq demonstrated that Rsp controls the expression of SSR42, several cytotoxins and other bacterial factors directed against the host immune system. Rsp enhances S. aureus toxin response when triggered by hydrogen peroxide, an antimicrobial substance employed by neutrophils to destroy pathogens. Absence of rsp reduces S. aureus-induced neutrophil damage and early lethality during mouse pneumonia, but still permits blood stream infection. Intriguingly, S. aureus lacking rsp exhibited enhanced survival in human macrophages, which hints towards a Trojan horse-like phenomenon and could facilitate dissemination within the host.
Hence, Rsp emerged as a global regulator of bacterial virulence, which has an impact on disease progression with prolonged intra-cellular survival, delayed-lethality but allows disseminated manifestation of disease. Moreover, this study exemplifies the use of genome-wide approaches as useful resources for identifying bacterial factors and deduction of its pathogenesis.
N2  - Staphylococcus aureus ist ein fakultativ pathogener Kommensale des Menschen und besiedelt bei etwa einem Drittel der Bevölkerung überwiegend den Nasen-Rachenraum sowie die Haut ohne klinische Symptome auszulösen. Darüber hinaus zählen diese Bakterien zu den wichtigsten Vertretern der Kranken- hauskeime, die schwerwiegende Infektionen besonders im Bereich der Intensivstationen in 
Kranken- häusern hervorrufen können. Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) sind dabei 
resistent gegen übliche Antibiotika und daher schlecht therapierbar. Neuere Forschungsarbeiten zeigten, dass S. aureus von Zellen des Wirts aufgenommen wird und diese von innen heraus abzutöten vermag. Über die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen dieser Zelltoxizität ist jedoch nicht viel bekannt.
In der vorliegenden Arbeit sollten daher Faktoren von S. aureus identifiziert und charakterisiert wer- den, die die intrazelluläre Virulenz des Bakteriums und das darauf folgende Absterben der Wirtszelle beeinflussen. Dafür wurden mittels Transposon-Insertionsmutagenese S. aureus 
Mutanten-Bibliotheken erstellt, welche für genomweite Infektionsscreens in vitro und in vivo genutzt wurden. Die Auswertung dieser Analysen erfolgte dabei durch Hochdurchsatz-Sequenzierung der Transposon-Insertionsstellen (Tn-seq). In diesen Studien wurde neben zahlreichen bakteriellen Faktoren ein neuartiges Virulenzreg- ulator - System identifiziert. Dieses System besteht aus dem Transkriptionsregulator der AraC-Familie Repressor of surface proteins (Rsp) und einer 
nicht-kodierenden RNA, SSR42. rsp-Mutanten zeigten eine erhöhte intrazelluläre Überlebensrate in menschlichen Epithelzellen sowie eine verzögerte Cytotoxizität im Wirt. Durch RNA-Sequenzierung (RNA-seq) wurde der Einfluss von Rsp auf die globale Genexpres- sion ermittelt. Dabei zeigte sich, dass Rsp die Expression von SSR42, sowie Cytotoxinen und anderen immunmodulatorischen Faktoren von S. aureus kontrolliert. Wasserstoffperoxid, ein Molekül, welches durch Neutrophile zur Bekämpfung 
von Pathogenen gebildet wird, führt dabei Rsp-abhängig zu einer Erhöhung der bakteriellen Toxinproduktion.  Die Abwesenheit von Rsp in bakteriellen Mutanten res- ultiert in einer Reduktion S. aureus-induzierter Zerstörung von Neutrophilen sowie zum Überleben von Versuchstieren im 
Lungeninfektionsmodell. Eine systemische Infektion ist dabei jedoch weiterhin mög- lich. 
Interessanterweise führt ein Fehlen des rsp zu einer erhöhten Überlebensrate von Makrophagen, welches auf eine Verbreitung der Bakterien im Organismus in diesem Zelltyp hindeuten könnte.
Rsp ist demnach ein neuartiger globaler Regulator bakterieller Virulenz, der zwar die infektions-
bedingte Letalität verzögert, jedoch damit eine Disseminierung der Infektion mit S. aureus 
begünstigt.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Transposon
KW  - insertion-site deep sequencing
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-143362
ER  -