TY  - THES
A1  - Deutschmann, Sally
T1  - Prävalenz und Epidemiologie von Infektionen mit \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) und deren Resistenzlage gegenüber Cephalosporinen der dritten Generation bei tansanischen Patientinnen und Patienten mit bestehender HIV-Infektion eines Referenzkrankenhauses im Nordwesten Tansanias
T1  - Prevalence and epidemiology of \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) infections and their resistance status to third-generation cephalosporins in Tanzanian patients with existing HIV infection at a reference hospital in northwestern Tanzania
N2  - Die Prävalenz von Infektionen mit Neisseria gonorrhoeae (NG) bei HIV-positiven Patientinnen und Patienten einer auf HIV-Infektionen spezialisierten Klinik in Mwanza im Nordwesten Tansani- as erwies sich mit 0,4% bei Männern und 3,9% bei Frauen als relativ niedrig. In dieser aktuellen Studie gab es unter Verwendung molekularer Antibiotikaresistenz(AMR)-Tests keine Hinweise auf eine Resistenz gegen Cephalosporine der dritten Generation. Weitere Kontrollen und Entwicklungen von NG- und AMR-Tests müssen implementiert werden. Molekulare Diagnoseverfahren auf der Basis von Urinproben als diagnostisches Material zum Nachweis von NG weisen wesentliche Vorteile für das Screening auf. Die Durchführung eines Urinstreifentests hatte keinen positiven Vorhersagewert bezüglich einer Infektion mit NG oder einer AMR. Künftige Untersuchungen sind anzuregen, um einerseits eine exaktere Angabe der Prävalenzraten und Risikofaktoren von Infektionen mit NG sowie deren Resistenzlage zu ermöglichen und andererseits eine effizientere Versorgung bzw. Behandlung der Gonorrhoe gewährleisten zu können.
N2  - The prevalence of Neisseria gonorrhoeae (NG) infections in HIV-positive patients at a clinic specializing in HIV infection in Mwanza, northwestern Tanzania, was found to be relatively low, 0.4% in men and 3.9% in women. In this current study, using molecular antibiotic resistance testing, there was no evidence of resistance to third-generation cephalosporins. Future studies should be encouraged, both to provide a more accurate indication of the prevalence rates and risk factors of infections with NG and their resistance status, and to ensure more effective treatment of gonorrhea.
KW  - HIV
KW  - Cephalosporine
KW  - Tripper
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Gonorrhoe
KW  - Tansania
KW  - Antimikrobielle Resistenz
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317735
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heydarian, Motaharehsadat
T1  - Development of human 3D tissue models for studying \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) infection
T1  - Entwicklung menschlicher 3D-Gewebemodelle zur Untersuchung der Infektion mit \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\)
N2  - Gonorrhea is the second most common sexually transmitted infection worldwide and is caused by Gram-negative, human-specific diplococcus Neisseria gonorrhoeae. It colonizes the mucosal surface of the female reproductive tract and the male urethra. A rapid increase in antibiotic resistance makes gonorrhea a serious threat to public health worldwide. Since N. gonorrhoeae is a human-specific pathogen, animal infection models are not able to recapitulate all the features of infection. Therefore, a realistic in vitro cell culture model is urgently required for studying the gonorrhea infection. In this study, we established and characterized three independent 3D tissue models based on the porcine small intestinal submucosa (SIS) scaffold by co-culturing human dermal fibroblasts with human colorectal carcinoma, endometrial epithelial, and male uroepithelial cells. The histological, immunohistochemical, and ultra-structural analysis showed that the 3D SIS scaffold-based models closely mimic the main characteristics of the site of gonococcal infection in the human host including the formation of epithelial monolayer, underlying connective tissue, mucus production, tight junction (TJ), and microvilli. In addition, functional analysis such as transepithelial electrical resistance (TEER) and barrier permeability indicated high barrier integrity of the cell layer. We infected the established 3D tissue models with different N. gonorrhoeae strains and derivatives presenting various phenotypes regarding adhesion and invasion. The results showed disruption of TJs and growing the interleukins production in response to the infection, which depends on the type of strain and cell. In addition, the 3D tissue models supported bacterial survival, which provided an appropriate in vitro model for long-term infection study. This could be mainly because of the high resilience of the 3D tissue models based on the SIS scaffold to the infection in terms of alteration in permeability, cell destruction, and bacterial transmigration.
During gonorrhea infection, a high level of neutrophils migrates to the site of infection. The studies also showed that N. gonorrhoeae can survive or even replicate inside the neutrophils. Therefore, studying the interaction between neutrophils and N. gonorrhoeae is substantially under scrutiny. For this purpose, we generated a 3D tissue model by triple co-culturing of human primary fibroblast cells, human colorectal carcinoma cells, and human umbilical vein endothelial cells. The tissue model was subsequently infected by N. gonorrhoeae. A perfusion-based bioreactor system was employed to recreate blood flow in the side of endothelial cells and consequently study human neutrophils transmigration to the site of infection. We observed neutrophils activation upon the infection. Furthermore, we demonstrated the uptake of N. gonorrhoeae by human neutrophils and reverse transmigration of neutrophils to the basal side carrying N. gonorrhoeae. In summary, the introduced 3D tissue models in this research represent a promising tool to investigate N. gonorrhoeae infections under close-to-natural conditions.
N2  - Tripper ist die zweithäufigste sexuell übertragbare Krankheit weltweit und wird durch Gram negative, humanspezifische Diplokokken Neisseria gonorrhoeae verursacht. Das human Pathogen besiedelt die Schleimhautoberfläche des weiblichen Fortpflanzungstraktes und der männlichen Harnröhre. Die rasante Zunahme der Antibiotikaresistenzen macht Gonorrhö zu einer ernsthaften Bedrohung für die öffentliche Gesundheit weltweit. Da N. gonorrhoeae ein humanspezifischer Erreger ist, ist es nicht möglich alle Merkmale einer Infektion in Tiermodellen nachzustellen, daher ist ein realistisches In-vitro-Zellkulturmodell für die Untersuchung der Gonorrhö-Infektion dringend erforderlich. In dieser Studie haben wir drei unabhängige 3D- Gewebemodelle etabliert und charakterisiert, die auf dem Gerüst der Schweine-Submukosa (SIS) basieren, indem wir menschliche dermale Fibroblasten mit menschlichen Darmkrebs-, Endometrialepithel- und männlichen Uroepithelzellen kultivieren. Die histologischen, immunhistochemischen und ultrastrukturellen Analysen zeigten, dass die 3D SIS-Gerüstmodelle die Hauptmerkmale der Stelle der Gonokokken Infektion im menschlichen Wirt genau nachahmen, indem sich Epithelien Monoschichten ausbildeten, unter denen sich Bindegewebe erstrechte. Zudem wiesen die Zellen enge Zell-Zell Kontakte auf und es kam zur Produktion von einer Mukosaschicht sowie Mikrovilli in den Modellen. Darüber hinaus zeigten Funktionsanalysen wie die Messung des transepithelialen elektrischen Widerstands (TEER) und die der Barriere Durchlässigkeit eine hohe Barriere Integrität der Zellschicht. Wir haben die etablierten 3D- Gewebemodelle mit verschiedenen N. gonorrhoeae-Stämmen und Derivaten infiziert, die verschiedene Phänotypen bezüglich der Adhäsion und der Invasion aufwiesen. Die Ergebnisse zeigten eine Unterbrechung der engen Zellverbindungen und eine Zunahme der Interleukin Produktion als Reaktion auf die Infektion, dessen Ausprägung allerdings stark von der Art des Stammes und des verwendeten Zelltyps abhängig ist. Darüber hinaus unterstützten die 3D- Gewebemodelle das bakterielle Überleben, was ein geeignetes In-vitro-Modell für Langzeit- Infektionsstudien liefert. Dies könnte vor allem auf die hohe Widerstandsfähigkeit der SIS- Gerüstmodelle gegen Infektionen in Bezug auf Veränderung der Permeabilität, Zellzerstörung und Bakterienwanderung zurückzuführen sein.
 
Während der Gonorrhoe-Infektion wandert ein hoher Anteil an Neutrophilen an den Ort der Infektion. Die Studie zeigte auch, dass N. gonorrhoeae in den Neutrophilen überleben konnten oder sich sogar in diesen vermehren konnten. Deshalb wurde besonderes die Interaktion zwischen Neutrophilen und N. gonorrhoeae näher betrachtet. Zu diesem Zweck haben wir ein 3D-Gewebemodell mit Hilfe einer dreifache Co-Kultivierung von menschlichen primären Fibroblasten Zellen, menschlichen kolorektalen Karzinomzellen und menschlichen Nabelvenenendothelzellen erstellt. Das Gewebemodell wurde anschließend mit N. gonorrhoeae infiziert. Ein perfusionsbasiertes Bioreaktorsystem wurde eingesetzt, um den Blutfluss auf der Seite der Endothelzellen nachzuahmen und somit konnte die Auswanderung menschlicher Neutrophile zur Infektionsstelle untersucht werden. Darüber hinaus konnte mit diesem Modell die Aufnahme von N. gonorrhoeae in menschliche Neutrophilen und deren Rückwanderung in den Blutfluss beladen mit N. gonorrhoeae nachgewiesen werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das in dieser Forschung vorgestellte 3D-Gewebemodell ein vielversprechendes Instrument zur Untersuchung von N. gonorrhoeae-Infektionen unter naturnahen Bedingungen darstellt.
KW  - 3D-Gewebemodell
KW  - 3D tissue model
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Co-Kultur
KW  - Bioreaktor
KW  - Neutrophil
KW  - co-culture
KW  - bioreactor
KW  - neutrophil
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204967
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Heydarian, Motaharehsadat
A1  - Rühl, Eva
A1  - Rawal, Ravisha
A1  - Kozjak-Pavlovic, Vera
T1  - Tissue models for Neisseria gonorrhoeae research — from 2D to 3D
JF  - Frontiers in Cellular and Infection Microbiology
N2  - Neisseria gonorrhoeae is a human-specific pathogen that causes gonorrhea, the second most common sexually transmitted infection worldwide. Disease progression, drug discovery, and basic host-pathogen interactions are studied using different approaches, which rely on models ranging from 2D cell culture to complex 3D tissues and animals. In this review, we discuss the models used in N. gonorrhoeae research. We address both in vivo (animal) and in vitro cell culture models, discussing the pros and cons of each and outlining the recent advancements in the field of three-dimensional tissue models. From simple 2D monoculture to complex advanced 3D tissue models, we provide an overview of the relevant methodology and its application. Finally, we discuss future directions in the exciting field of 3D tissue models and how they can be applied for studying the interaction of N. gonorrhoeae with host cells under conditions closely resembling those found at the native sites of infection.
KW  - ex vivo
KW  - biomimetic tissue models
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - in vivo
KW  - in vitro
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-263046
SN  - 2235-2988
VL  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Heydarian, Motaharehsadat
A1  - Schweinlin, Matthias
A1  - Schwarz, Thomas
A1  - Rawal, Ravisha
A1  - Walles, Heike
A1  - Metzger, Marco
A1  - Rudel, Thomas
A1  - Kozjak-Pavlovic, Vera
T1  - Triple co-culture and perfusion bioreactor for studying the interaction between Neisseria gonorrhoeae and neutrophils: A novel 3D tissue model for bacterial infection and immunity
JF  - Journal of Tissue Engineering
N2  - Gonorrhea, a sexually transmitted disease caused by the bacteria Neisseria gonorrhoeae, is characterized by a large number of neutrophils recruited to the site of infection. Therefore, proper modeling of the N. gonorrhoeae interaction with neutrophils is very important for investigating and understanding the mechanisms that gonococci use to evade the immune response. We have used a combination of a unique human 3D tissue model together with a dynamic culture system to study neutrophil transmigration to the site of N. gonorrhoeae infection. The triple co-culture model consisted of epithelial cells (T84 human colorectal carcinoma cells), human primary dermal fibroblasts, and human umbilical vein endothelial cells on a biological scaffold (SIS). After the infection of the tissue model with N. gonorrhoeae, we introduced primary human neutrophils to the endothelial side of the model using a perfusion-based bioreactor system. By this approach, we were able to demonstrate the activation and transmigration of neutrophils across the 3D tissue model and their recruitment to the site of infection. In summary, the triple co-culture model supplemented by neutrophils represents a promising tool for investigating N. gonorrhoeae and other bacterial infections and interactions with the innate immunity cells under conditions closely resembling the native tissue environment.
KW  - Triple co-culture
KW  - biomimetic 3D tissue model
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - perfusion-based bioreactor system
KW  - neutrophil transmigration
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259032
VL  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Heydarian, Motaharehsadat
A1  - Yang, Tao
A1  - Schweinlin, Matthias
A1  - Steinke, Maria
A1  - Walles, Heike
A1  - Rudel, Thomas
A1  - Kozjak-Pavlovic, Vera
T1  - Biomimetic human tissue model for long-term study of Neisseria gonorrhoeae infection
JF  - Frontiers in Microbiology
N2  - Gonorrhea is the second most common sexually transmitted infection in the world and is caused by Gram-negative diplococcus Neisseria gonorrhoeae. Since N. gonorrhoeae is a human-specific pathogen, animal infection models are only of limited use. Therefore, a suitable in vitro cell culture model for studying the complete infection including adhesion, transmigration and transport to deeper tissue layers is required. In the present study, we generated three independent 3D tissue models based on porcine small intestinal submucosa (SIS) scaffold by co-culturing human dermal fibroblasts with human colorectal carcinoma, endometrial epithelial, and male uroepithelial cells. Functional analyses such as transepithelial electrical resistance (TEER) and FITC-dextran assay indicated the high barrier integrity of the created monolayer. The histological, immunohistochemical, and ultra-structural analyses showed that the 3D SIS scaffold-based models closely mimic the main characteristics of the site of gonococcal infection in human host including the epithelial monolayer, the underlying connective tissue, mucus production, tight junction, and microvilli formation. We infected the established 3D tissue models with different N. gonorrhoeae strains and derivatives presenting various phenotypes regarding adhesion and invasion. The results indicated that the disruption of tight junctions and increase in interleukin production in response to the infection is strain and cell type-dependent. In addition, the models supported bacterial survival and proved to be better suitable for studying infection over the course of several days in comparison to commonly used Transwell® models. This was primarily due to increased resilience of the SIS scaffold models to infection in terms of changes in permeability, cell destruction and bacterial transmigration. In summary, the SIS scaffold-based 3D tissue models of human mucosal tissues represent promising tools for investigating N. gonorrhoeae infections under close-to-natural conditions.
KW  - 3D tissue model
KW  - small intestinal submucosa scaffold
KW  - co-culture
KW  - infection
KW  - Neisseria gonorrhoeae
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-197912
SN  - 1664-302X
VL  - 10
IS  - 1740
ER  - 
TY  - THES
A1  - Küspert, Katharina
T1  - Interaktion pathogener Neisserien mit zellulären Rezeptoren: Molekulare Untersuchungen zu neisseriellen Adhäsinen und ihrer Wechselwirkung mit humanen CEACAMs
T1  - Interaction of pathogenic Neisseria with cellular receptors: Molecular analysis of neisserial adhesins and their interaction with human CEACAMs
N2  - Neisseria meningitidis und Neisseria gonorrhoeae sind humanpathogene Vertreter der Gattung Neisseria. Diese Erreger verfügen über eine Reihe von Virulenzfaktoren, um erfolgreich den menschlichen Körper zu besiedeln. Dabei spielen die neisseriellen OpaCEA-Proteine eine wichtige Rolle. Diese Adhäsine binden an bestimmte Rezeptoren der humanen CEACAM-Familie, die auf unterschiedlichen Zelltypen im menschlichen Körper exprimiert werden. Die Interaktion der OpaCEA-Proteine mit der stark konservierten aminoterminalen Domäne von bestimmten CEACAMs führt zu einer Aufnahme der Bakterien in die Zellen. Dort können sie, vor der humoralen Immunantwort geschützt, persistieren oder sich durch Transzytose in tiefer gelegene Gewebe weiter ausbreiten und letztendlich eine disseminierte Krankheit auslösen. Da CEACAMs eine entscheidende Rolle bei der Infektion mit pathogenen Neisserien spielen, wurde in der vorliegenden Arbeit die Interaktion dieser zellulären Rezeptoren mit pathogenen Neisserien und die daraus resultierenden molekularen Ereignisse auf bakterieller bzw. zellulärer Seite näher untersucht. Zunächst wurde eine neuartige Methode entwickelt, die im Gegensatz zu herkömmlichen Strategien eine schnelle und quantitative Erfassung von Neisserien-CEACAM-Interaktionen ermöglicht. Bei dieser Methode wurden GFP-fusionierte, lösliche aminoterminale CEACAM-Domänen eingesetzt, die spezifisch an OpaCEA-exprimierende Bakterien binden. Einzelne Bakterien einer Population, die mit den fluoreszierenden Rezeptordomänen assoziierten, konnten aufgrund ihrer erhöhten Fluoreszenz im Durchflußzytometer sehr schnell und quantitativ bestimmt werden. Diese Rezeptordomänen wurden außerdem als molekulares Werkzeug zur Erstellung eines OpaCEA-induzierten Transkriptionsprofils von Opa-positiven Meningokokken verwendet. Transkriptomanalysen mittels Mikroarrays zeigten, dass die Interaktion OpaCEA-exprimierender Meningokokken mit der löslichen, aminoterminalen Domäne von CEACAM1 eine Herrunterregulation von 56 Genen sowie eine Hochregulation von sieben Genen in Neisseria meningitidis MC58 zur Folge hatte. Dabei konnte ein hochreguliertes Gen identifiziert werden, dessen Genprodukt aufgrund seiner Homologie zu einem bakteriellen -Hämolysin möglicherweise virulenz-assoziiert ist. Die Erstellung dieses Transkriptionsprofils beruhte auf der Interaktion zwischen der aminoterminalen Domäne von CEACAM1 und seinen bis heute einzig bekannten neisseriellen Liganden, den OpaCEA-Proteinen. Bemerkenswerterweise konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Opa-negativer Meningokokkenstamm isoliert werden, der ebenfalls an CEACAM1 bindet und von CEACAM1-exprimierenden Zellen internalisiert wird. Da dieser Meningokokkenstamm keine Opa-Proteine exprimierte, muß er über ein weiteres Adhäsin verfügen, das mit CEACAM1 assoziiert. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass für die CEACAM1-vermittelte Aufnahme dieser Opa-negativen Meningokokken mehrere extrazelluläre Domänen des Rezeptors notwendig sind. Im Gegensatz zur Aufnahme OpaCEA-exprimierender Bakterien war die aminoterminale Domäne essentiell, aber nicht ausreichend für diesen phagozytischen Vorgang, der unabhängig vom Aktinzytoskelett erfolgte. Auch bei Bindungsstudien mit löslichen CEACAM1 Konstrukten gab es Differenzen zwischen den opaquen und nicht-opaquen Bakterienstämmen. So zeigte sich, dass im Gegensatz zu OpaCEA-exprimierenden Meningokokken, die mit monomeren Formen des löslichen Rezeptors assoziieren konnten, Opa-negativen Meningokokken nur mit multimerisierten Formen des Rezeptors interagierten. CEACAM1 stellt den einzigen Rezeptor aus der CEACAM-Familie dar, mit dem Opa-negative Meningokokken interagieren können. Demgegenüber assoziieren OpaCEA-exprimierende Neisserien mit mehreren Mitgliedern der CEACAM-Familie, unter anderem mit CEACAM3. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die c-Jun N-terminale Kinase an Signaltransduktionswegen, die durch Interaktion von OpaCEA-exprimierenden Neisserien mit CEACAM3 ausgelöst wurden, beteiligt ist. Erstaunlicherweise konnte durch Inhibition der c-Jun N-terminalen Kinase CEACAM3-vermittelte Aufnahme der opaquen Bakterien in die Zelle reduziert werden. Da die Aktivierung der c-Jun N-terminalen Kinase unabhängig von der Phosphorylierung der ITAM-ähnlichen Sequenz erfolgte, scheint dieses Molekül an einem neuartigen Signalweg beteiligt zu sein, der komplementär zu bereits bekannten CEACAM3-vermittelten Signalprozessen abläuft. Die in der vorliegenden Arbeit zusammengefassten Befunde liefern neue Einblicke in die Wechselwirkung zwischen pathogenen Neisserien und ihren Wirtszellen und können als Ausgangspunkt für interessante weiterführende Analysen dienen.
N2  - The human specific pathogens Neisseria meningitidis and Neisseria gonorrhoeae have developed several mechanisms to colonize their human host. Colonization can be mediated by binding of neisserial OpaCEA proteins to members of the human CEACAM-family, which are expressed in various human tissues and cell types. Interaction of OpaCEA proteins with the aminoterminal domain of these receptors results in the uptake of Neisseria into the cells, allowing the bacteria to escape host defences and to persist within the host. Besides, bacteria can transcytose across the mucosal barrier and cause systemic dissemination. As CEACAMs play an important role during infection with pathogenic Neisseria the aim of this doctoral thesis was to investigate Neisseria-CEACAM interactions and resulting molecular events on bacterial and cellular levels. Therefore, a novel method was developed which allows rapid and quantitative analysis of Neisseria-CEACAM association. Soluble GFP-tagged aminoterminal domains of CEACAMs are utilized for recognition of CEACAM-binding bacteria. Bacteria binding this receptor domains are therefore labelled with a fluorescent protein. Analysis via flow cytometry allows a rapid and specific detection of receptor binding events on a single bacteria level . The soluble receptor domains were also used as a molecular tool for microarray analysis to assess OpaCEA induced changes on transcriptional level in Opa-positive Neisseria meningitides MC58. Interaction of OpaCEA-expressing meningococci with soluble aminoterminal domains of CEACAM1 resulted in downregulation of 56 bacterial genes and upregulation of seven other genes. Interestingly, one of these upregulated genes might be involved in virulence due to its homology to an -hemolysin of other bacteria. OpaCEA proteins are the only neisserial proteins known that associate with CEACAM1. However, in this study a meningococcal strain was isolated, which does not express Opa-proteins but nevertheless specifically interacts with CEACAM1. Therefore, these Opa-negative meningococci must express an additional adhesin, which mediates CEACAM1-interaction. Internalisation of Opa-negative meningococci via CEACAM1 requires several extracellular domains of this receptor. In contrast to OpaCEA-expressing bacteria, the aminoterminal domain was necessary but not sufficient for internalisation. Differences between CEACAM1-binding of Opa-negative and Opa-positive meningococci were also observed by binding-assays with soluble CEACAM1 receptor. While Opa-positive meningococci associated with monomeric forms of soluble CEACAM1, Opa-negative meningococci bound exclusively to multimeric forms of soluble CEACAM1. CEACAM-interactions with Opa-negative meningococci were only observed for CEACAM1. OpaCEA-expressing Neisseria can interact with several members of the CEACAM family, amongst others CEACAM3. Interestingly, interaction of OpaCEA-expressing Neisseria with CEACAM3 causes the activation of c-Jun N-terminal kinase. Inhibition of this kinase resulted in a reduced CEACAM3-mediated uptake of Neisseria into the cells. Remarkably, activation of c-Jun N-terminal kinase was independent of phosphorylation of the ITAM-like sequence of CEACAM3. Therefore, c-Jun N-terminal kinase seems to be involved in a novel signaling pathway, complementary to known CEACAM3-mediated signaling processes. The results presented in this study give new insights regarding the interaction of pathogenic Neisseria and host cells and pave the way for further interesting studies.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - CEACAM
KW  - Opa
KW  - CEACAM
KW  - Opa
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25946
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Peters, Simon
A1  - Fohmann, Ingo
A1  - Rudel, Thomas
A1  - Schubert-Unkmeir, Alexandra
T1  - A Comprehensive Review on the Interplay between Neisseria spp. and Host Sphingolipid Metabolites
JF  - Cells
N2  - Sphingolipids represent a class of structural related lipids involved in membrane biology and various cellular processes including cell growth, apoptosis, inflammation and migration. Over the past decade, sphingolipids have become the focus of intensive studies regarding their involvement in infectious diseases. Pathogens can manipulate the sphingolipid metabolism resulting in cell membrane reorganization and receptor recruitment to facilitate their entry. They may recruit specific host sphingolipid metabolites to establish a favorable niche for intracellular survival and proliferation. In contrast, some sphingolipid metabolites can also act as a first line defense against bacteria based on their antimicrobial activity. In this review, we will focus on the strategies employed by pathogenic Neisseria spp. to modulate the sphingolipid metabolism and hijack the sphingolipid balance in the host to promote cellular colonization, invasion and intracellular survival. Novel techniques and innovative approaches will be highlighted that allow imaging of sphingolipid derivatives in the host cell as well as in the pathogen.
KW  - sphingolipids
KW  - host–pathogen interaction
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Neisseria gonorrhoeae
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-250203
SN  - 2073-4409
VL  - 10
IS  - 11
ER  - 
TY  - THES
A1  - Peterson, Lisa
T1  - CEACAM3-mediated phagocytosis of human-specific bacterial pathogens involves the adaptor molecule Nck
N2  - Carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecules (CEACAMs) are exploited by human-specific pathogens to anchor themselves to or invade host cells. Interestingly, human granulocytes express a specific isoform, CEACAM3, that can direct efficient, opsonin-independent phagocytosis of CEACAM-binding Neisseria, Moraxella and Haemophilus species. As opsonin-independent phagocytosis of CEACAM-binding Neisseria depends on Src-family protein tyrosine kinase (PTK) phosphorylation of the CEACAM3 cytoplasmic domain, we hypothesized that an SH2-containing protein might be involved in CEACAM3-initiated, phagocytosis-promoting signals. Accordingly, we screened glutathione-S-transferase (GST) fusion proteins containing SH2 domains derived from a panel of signaling and adapter molecules for their ability to associate with CEACAM3. In vitro pull-down assays demonstrated that the SH2 domain of the adapter molecule Nck (GST-Nck SH2), but not other SH2 domains such as the Grb2 SH2 domain, interact with CEACAM3 in a phosphotyrosine-dependent manner. Either deletion of the cytoplasmic tail of CEACAM3, or point-mutation of a critical arginine residue in the SH2 domain of Nck (GST-NckSH2R308K) that disrupts phosphotyrosine binding, both abolished CEACAM3-Nck-SH2 interaction. Upon infection of human cells with CEACAM-binding Neisseria, full-length Nck comprising an SH2 and three SH3 domains co-localized with tyrosine phosphorylated CEACAM3 and associated bacteria as analyzed by immunofluorescence staining and confocal microscopy. In addition, Nck could be detected in CEACAM3 immunoprecipitates confirming the interaction in vivo. Importantly, overexpression of a GFP-fusion protein of the isolated Nck SH2 domain (GFP-Nck-SH2), but not GFP or GFP-Nck SH2 R308K reduced CEACAM3-mediated phagocytosis of CEACAM-binding Neisseria suggesting that the adaptor molecule Nck plays an important role in CEACAM3-initiated signaling leading to internalization and elimination of human-specific pathogens.
KW  - Adaptorproteine
KW  - Signaltransduktion
KW  - Phagozytose
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Carcino-embryonales Antigen
KW  - Angeborene Immunität
KW  - Src-Proteine
KW  - Nichtrezeptor-Tyrosinkinasen
KW  - CEACAM3
KW  - Nck
KW  - ITAM
KW  - CEACAM3
KW  - Nck
KW  - ITAM
KW  - gonococci
KW  - phagocytosis
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46378
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reimer, Anastasija
T1  - Search for novel antimicrobials against \(Neisseria\)  \(gonorrhoeae\) and \(Chlamydia\) \(trachomatis\)
T1  - Suche nach neuen Antimikrobiotika gegen \(Neisseria\)  \(gonorrhoeae\) und \(Chlamydia\) \(trachomatis\)
N2  - The obligate human pathogen Neisseria gonorrhoeae is responsible for the widespread sexually transmitted disease gonorrhoea, which in rare cases also leads to the development of disseminated gonococcal infection (DGI). DGI is mediated by PorBIA-expressing bacteria that invade host cells under low phosphate condition by interaction with the scavenger receptor-1 (SREC-I) expressed on the surface of endothelial cells. The interaction of PorBIA and SREC-I was analysed using different in vitro approaches, including surface plasmon resonance experiments that revealed a direct phosphate-independent high affinity interaction of SREC-I to PorBIA. However, the same binding affinity was also found for the other allele PorBIB, which indicates unspecific binding and suggests that the applied methods were unsuitable for this interaction analysis.
Since N. gonorrhoeae was recently classified as a “super-bug” due to a rising number of antibiotic-resistant strains, this study aimed to discover inhibitors against the PorBIA-mediated invasion of N. gonorrhoeae. Additionally, inhibitors were searched against the human pathogen Chlamydia trachomatis, which causes sexually transmitted infections as well as infections of the upper inner eyelid. 68 compounds, including plant-derived small molecules, extracts or pure compounds of marine sponges or sponge-associated bacteria and pipecolic acid derivatives, were screened using an automated microscopy based approach. No active substances against N. gonorrhoeae could be identified, while seven highly antichlamydial compounds were detected.
The pipecolic acid derivatives were synthesized as potential inhibitors of the virulence-associated “macrophage infectivity potentiator” (MIP), which exhibits a peptidyl prolyl cis-trans isomerase (PPIase) enzyme activity. This study investigated the role of C. trachomatis and N. gonorrhoeae MIP during infection. The two inhibitors PipN3 and PipN4 decreased the PPIase activity of recombinant chlamydial and neisserial MIP in a dose-dependent manner. Both compounds affected the chlamydial growth and development in epithelial cells. Furthermore, this work demonstrated the contribution of MIP to a prolonged survival of N. gonorrhoeae in the presence of neutrophils, which was significantly reduced in the presence of PipN3 and PipN4.
SF2446A2 was one of the compounds that had a severe effect on the growth and development of C. trachomatis. The analysis of the mode of action of SF2446A2 revealed an inhibitory effect of the compound on the mitochondrial respiration and mitochondrial ATP
production of the host cell. However, the chlamydial development was independent of proper functional mitochondria, which excluded the connection of the antichlamydial properties of SF2446A2 with its inhibition of the respiratory chain. Only the depletion of cellular ATP by blocking glycolysis and mitochondrial respiratory chain inhibited the chlamydial growth. A direct effect of SF2446A2 on C. trachomatis was assumed, since the growth of the bacteria N. gonorrhoeae and Staphylococcus aureus was also affected by the compound.
In summary, this study identified the severe antichlamydial activity of plant-derived naphthoquinones and the compounds derived from marine sponges or sponge-associated bacteria SF2446A2, ageloline A and gelliusterol E. Furthermore, the work points out the importance of the MIP proteins during infection and presents pipecolic acid derivatives as novel antimicrobials against N. gonorrhoeae and C. trachomatis.
N2  - Neisseria gonorrhoeae ist ein obligat humanpathogenes Bakterium, das für die weltweit verbreitete sexuell übertragbare Krankheit Gonorrhoe verantwortlich ist. In seltenen Fällen kann es auch zur Ausbildung der Disseminierten Gonokokken-Infektion (DGI) kommen, die mit der Expression des Gonokokken Oberflächenproteins PorBIA assoziiert ist. PorBIA-exprimierende Bakterien invadieren in die Wirtszelle unter phosphatfreien Bedingungen, was durch eine Interaktion mit dem zellulären Oberflächenrezeptor scavenger receptor-1 (SREC-I) vermittelt wird. Die direkte Interaktion zwischen PorBIA und SREC-I wurde mittels verschiedenster Methoden analysiert, einschließlich einer Oberflächenplasmonresonanz-analyse, die eine direkte Bindung von PorBIA zu SREC-I in einem phosphatunabhängigen Schritt aufzeigte. Allerdings wurde dieselbe Affinität auch zu PorBIB gefunden, was auf eine unspezifische Bindung hindeutet und dafür spricht, dass die verwendeten Methoden für diese Interaktionsanalyse ungeeignet sind.
N. gonorrheae wurde vor kurzem wegen der stetig steigenden Anzahl antibiotikaresistenter Stämme als „Superkeim“ bezeichnet. Aufgrund dessen wurden Inhibitoren gegen die PorBIA-vermittelte Invasion von N. gonorrhoeae, aber auch gegen Chlamydia trachomatis, den humanpathogenen Erreger von sexuell übertragbaren Infektionen und chronisch-follikulärer Bindehautentzündung, gesucht. 68 niedermolekulare Substanzen wurden mittels eines automatisierten Fluoreszenzmikroskopieverfahrens auf ihre inhibitorische Wirkung hin analysiert. Zu den getesteten Substanzen zählten pflanzenabstammende Stoffe, Isolate aus marinen Schwämmen oder Schwamm-assoziierten Bakterien, sowie Pipecolinsäure-Derivate. Gegen N. gonorrheae konnten keine Substanzen identifiziert werden, während sieben antichlamydiale Inhibitoren detektiert wurden. 
Pipecolinsäurederivate wurden synthetisiert als potentielle Inhibitoren des virulenz-assoziierten Proteins “macrophage infectivity potentiator” (MIP), das eine Peptidyl-Prolyl-cis-trans-Isomerase Aktivität besitzt. Diese Arbeit untersuchte die Rolle des MIP Proteins von N. gonorrhoeae und C. trachomatis während einer Infektion. Die zwei Inhibitoren PipN3 und PipN4 senkten die PPIase Aktivität des rekombinanten Chlamydien und Neisserien MIPs. Beide Substanzen beeinträchtigten das chlamydiale Wachstum und die Entwicklung in Epithelzellen. Ebenso konnte eine tragende Rolle des N. gonorrhoeae MIPs für das Überleben der Bakterien in Gegenwart von Neutrophilen aufgezeigt werden, das durch PipN3 und PipN4 inhibiert wurde. 
SF2446A2 war einer der Inhibitoren, der einen erheblichen Effekt auf das Wachstum und die Entwicklung von C. trachomatis aufgewiesen hat. Während der Analyse des Wirkmechanismus von SF2446A2 konnte eine Hemmung der mitochondrialen Atmungskette und eine Abnahme der mitochondrialen ATP Produktion in der Wirtszelle festgestellt werden. Allerdings war die Entwicklung von C. trachomatis unabhängig von der Funktionsfähigkeit der Mitochondrien. Eine Verbindung zwischen der antichlamydialen Wirkung von SF2446A2 und der Inhibierung der Mitochondrienatmungskette konnte damit ausgeschlossen werden. Nur das Reduzieren von zellulärem ATP durch Blockieren der Glykolyse und mitochondrialen Atmungskette verursachte eine Beeinträchtigung des Chlamydienwachstums. Eine direkte Auswirkung von SF2446A2 auf C. trachomatis wurde angenommen, da die Substanz auch das Wachstum von anderen Bakterien wie N. gonorrhoeae und Staphylococcus aureus inhibierte.
Zusammengefasst identifizierte diese Studie die antichlamydiale Aktivität pflanzenabstammender Naphthochinone und der Isolate aus marinen Schwämmen oder Schwamm-assoziierten Bakterien SF2446A2, ageloline A und gelliusterol E. Ebenso verdeutlicht die Arbeit die Bedeutung der MIP Proteine während der Infektion und legt Pipecolinsäurederivate als mögliche neue Antibiotika gegen N. gonorrhoeae und C. trachomatis nahe.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - antibiotics
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Antimikrobieller Wirkstoff
KW  - Pipecolinsäurederivate
KW  - Neisseria
KW  - Chlamydia
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-143168
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Remmele, Christian W.
A1  - Xian, Yibo
A1  - Albrecht, Marco
A1  - Faulstich, Michaela
A1  - Fraunholz, Martin
A1  - Heinrichs, Elisabeth
A1  - Dittrich, Marcus T.
A1  - Müller, Tobias
A1  - Reinhardt, Richard
A1  - Rudel, Thomas
T1  - Transcriptional landscape and essential genes of Neisseria gonorrhoeae
N2  - The WHO has recently classified Neisseria gonorrhoeae as a super-bacterium due to the rapid spread of antibiotic resistant derivatives and an overall dramatic increase in infection incidences. Genome sequencing has identified potential genes, however, little is known about the transcriptional organization and the presence of non-coding RNAs in gonococci. We performed RNA sequencing to define the transcriptome and the transcriptional start sites of all gonococcal genes and operons. Numerous new transcripts including 253 potentially non-coding RNAs transcribed from intergenic regions or antisense to coding genes were identified. Strikingly, strong antisense transcription was detected for the phase-variable opa genes coding for a family of adhesins and invasins in pathogenic Neisseria, that may have regulatory functions. Based on the defined transcriptional start sites, promoter motifs were identified. We further generated and sequenced a high density Tn5 transposon library to predict a core of 827 gonococcal essential genes, 133 of which have no known function. Our combined RNA-Seq and Tn-Seq approach establishes a detailed map of gonococcal genes and defines the first core set of essential gonococcal genes.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-113676
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schielke, Stephanie
T1  - Functional and molecular characterization of FarR – a transcriptional regulator of the MarR family in Neisseria meningitidis
T1  - Funktionelle und molekulare Charakterisierung von FarR, einem Transkriptionsregulator der MarR Familie in Neisseria meningitidis
N2  - Neisseria meningitidis is a facultatively pathogenic human commensal and strictly adapted to its niche within the human host, the nasopharynx. Not much is known about the regulatory processes required for adaptation to this environment. Therefore the role of the transcriptional regulator NMB1843, one of the two predicted regulators of the MarR family in the meningococcal genome, was investigated. As this gene displayed a high sequence homology to FarR, the Fatty acid resistance Regulator in N. gonorrhoeae, we designated the meningococcal protein FarR (NmFarR). Homology modeling of this protein revealed a dimeric structure with the characteristic winged helix-turn-helix DNA binding motif of the MarR family. NmFarR is highly conserved among meningococcal strains and expression of farR during exponential growth is controlled post-transcriptionally, being highest in the late exponential phase. By means of electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) the direct and specific binding of FarR to the farAB promoter region was shown, comparable to its homologue in gonococci. As FarR is involved in fatty acid resistance in N. gonorrhoeae, susceptibility assays with the medium chain lauric acid (C12:0), the long chain saturated palmitic acid (C16:0) and the long chain unsaturated linoleic acid (C18:2) were performed, testing a wide variety of strains of both species. In contrast to the unusually susceptible gonococci, a high intrinsic fatty acid resistance was detected in almost all meningococcal isolates. The molecular basis for this intrinsic resistance in N. meningitidis was elucidated, showing that both a functional FarAB efflux pump system as well as an intact lipopolysaccharide (LPS) are responsible for palmitic acid resistance. However, even despite circumvention of the intrinsic resistance, FarR could not be connected with fatty acid resistance in meningococci. Instead, FarR was shown to directly and specifically repress expression of the Neisseria adhesin A (nadA), a promising vaccine candidate absent in N. gonorrhoeae. Microarray analyses verified these results and disclosed no further similarly regulated genes, rendering the FarR regulon the smallest regulon in meningococci reported until now. The exact FarR binding site within the nadA promoter region was identified as a 16 bp palindromic repeat and its influence on nadA transcription was proved by reporter gene fusion assays. This repression was also shown to be relevant for infection as farR deficient mutant strains displayed an increased attachment to epithelial cells. Furthermore, farR transcription was attested to be repressed upon contact with active complement components within human serum. Concluding, it is shown that FarR adopted a role in meningococcal host niche adaptation, holding the balance between immune evasion by repressing the highly antigenic nadA and host cell attachment via this same adhesin.
N2  - Neisseria meningitidis ist ein fakultativ pathogener menschlicher Kommensale und eng an die Bedingungen seiner spezifischen Nische, den Nasopharynx, angepasst. Über die regulatorischen Mechanismen, die für diese Anpassung vonnöten sind, ist nicht viel bekannt. Daher wurde die Rolle des Transkriptionsregulators NMB1843 untersucht, eines der beiden prognostizierten Regulatoren der MarR Familie im Meningokokken-Genom. Aufgrund einer hohen Sequenzhomologie dieses Gens zu FarR, dem Fatty acid resistance Regulator in N. gonorrhoeae, nannten wir das Meningokokken-Protein ebenfalls FarR (NmFarR). Homologie-Modellierung dieses Proteins ergab eine dimere Struktur mit dem charakteristischen winged helix-turn-helix DNA-Bindemotiv der MarR Familie. Es wurde gezeigt, dass NmFarR in Meningokokken-Stämmen hochkonserviert ist. Die Expression von farR wird während des exponentiellen Wachstums posttranskriptional kontrolliert und erreicht ihren Höchststand in der spätexponentiellen Phase. Wie bei seinem Homolog in Gonokokken konnte die direkte und spezifische Bindung von FarR an die farAB Promotorregion nachgewiesen werden. Da FarR in N. gonorrhoeae an der Fettsäureresistenz beteiligt ist, wurde die Suszeptibilität einer großen Auswahl von Stämmen beider Spezies gegenüber drei unterschiedlichen Fettsäuren getestet: Laurinsäure (C12:0), Palmitinsäure (C16:0) und Linolsäure (C18:2). Im Gegensatz zu den ungewöhnlich sensitiven Gonokokken konnte eine hohe inhärente Fettsäureresistenz in fast allen Meningokokken-Isolaten beobachtet werden. Nach Analyse der molekularen Grundlage dieser Resistenz konnte gezeigt werden, dass sowohl eine funktionale FarAB Efflux-Pumpe als auch ein intaktes Lipopolysaccharid (LPS) für die Palmitinsäureresistenz verantwortlich sind. Trotz Umgehung der inhärenten Resistenz konnte keine Verbindung von FarR mit Fettsäureresistenz in Meningokokken hergestellt werden. Stattdessen reprimiert FarR direkt und spezifisch die Expression des Neisseria Adhäsins A (nadA), eines vielversprechenden Impfstoffbestandteils. Microarrays bestätigten diese Ergebnisse, zeigten aber keine weiteren ähnlich regulierten Gene auf. Somit ist das FarR-Regulon das bisher kleinste Regulon in Meningokokken. Die genaue FarR-Bindestelle innerhalb des nadA Promotors wurde als ein 16 bp Palindrom identifiziert und dessen Einfluss auf die Transkription von nadA mittels Reportergenanalysen gezeigt. Auch in Infektionsversuchen wurde die Relevanz dieser Repression deutlich, da ein farR-deletierter Stamm eine höhere Adhärenz an Epithelzellen aufwies. Die Transkription von farR sank nach Kontakt mit aktiven Komplementbestandteilen aus humanem Serum. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass FarR eine Rolle in der Nischenadaptation von Meningokokken zukommt, indem er zwischen Immunevasion durch Repression des hoch-immunogenen nadA und Wirtszelladhäsion durch eben dieses Adhäsin vermittelt.
KW  - Transkription <Genetik>
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Adhäsine
KW  - FarR
KW  - Transkriptionsregulation
KW  - NadA
KW  - Neisseria meningitdis
KW  - transcriptional regulation
KW  - FarR
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - niche adaptation
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48550
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitter, Tim
T1  - CEACAM3: ein neuartiger phagozytischer Rezeptor der angeborenen Immunantwort zur Erkennung human-spezifischer Pathogene
T1  - CEACAM3: a new phagocytic receptor of the innate immunity recognizing human-specific pathogens
N2  - Eine Infektion durch das ausschließlich human-spezifische Pathogen Neisseria gonorrhoeae manifestiert sich bei einer symptomatischen Kolonisierung in der sog. Gonorrhö, einer venerischen Erkrankung, die durch akute Inflammation des befallenen Gewebes und durch die massive Infiltration von Granulozyten charakterisiert ist. Die Gonokokken können im Verlauf einer symptomatischen Infektion über ihre OpaCEA-Adhäsine mit CEACAM Proteinen unterschiedlicher Wirtszellen interagieren. In der vorliegenden Doktorarbeit sollten anhand verschiedener zellbiologischer, biochemischer und genetischer Methoden die molekularen Vorgänge während der OpaCEA-Gonokokken-Phagozyten-Interaktion untersucht werden. Der Kontakt von OpaCEA-Gonokokken mit primären Granulozyten induziert die Formation von Lamellipodien-ähnlichen Membranausstülpungen und führt zur CEACAM-abhängigen Phagozytose der OpaCEA Gonokokken. Schon in früheren in vitro Versuchen konnte die Reorganisation des Zytoskeletts und die Opsonin-unabhängige, CEACAM-vermittelte Aufnahme OpaCEA-exprimierender Gonokokken in differenzierte promyelomonzytären Zellen und Granulozyten mit der Stimulation von Kinasen der Src-Familie und der GTPase Rac in Verbindung gebracht werden. Erste in vitro Infektionsversuche mit CEACAM-exprimierenden 293 Zellen, in denen pharmakologische oder genetische Inhibitoren gegen Kinasen der Src-Familie eingesetzt wurden, deuteten darauf hin, dass ausschließlich die CEACAM3-vermittelte Internalisierung der Gonokokken die katalytische Aktivität von Kinasen der Src-Familie benötigt. Dies konnte auch in CEACAM3-exprimierenden, Src-Kinase defizienten Maus-Fibroblasten bestätigt werden, da nur c-Src rekonstituierte Zellen OpaCEA Gonokokken internalisieren. Die Adhäsion der OpaCEA Gonokokken an CEACAM3 induziert eine Src-abhängige Tyrosinphosphorylierung der zytoplasmatischen CEACAM3-Domäne und die Kinase selbst kann über ihre SH2-Domäne direkt an das phosphorylierte CEACAM3 binden. Auch die Stimulation der GTPase Rac verläuft über das CEACAM3 Protein, da die Expression einer dominant negativen Version der Rho GTPase ausschließlich mit der CEACAM3-, aber nicht mit der CEACAM6-abhängigen Internalisierung der OpaCEA Gonokokken interferiert. Zudem induziert nur die CEACAM3-vermittelte Aufnahme die Rekrutierung und GTP-Beladung des endogenen Rac. Eine zentrale Rolle dabei spielt die Integrität der ITAM-ähnlichen Sequenz von CEACAM3. Die Mutation beider Tyrosinreste innerhalb der ITAM-ähnlichen Sequenz oder die komplette Deletion der zytoplasmatischen Domäne inhibieren die CEACAM3-vermittelte Rac-Stimulation und blockieren die Internalisierung der OpaCEA Gonokokken. Aber nicht nur OpaCEA Gonokokken interagieren mit CEACAM3, sondern auch die CEACAM-bindenden Adhäsine von Moraxella catarrhalis und Haemophilus influenzae führen zur Rac-Stimulation und damit zur Internalisierung der Pathogene. Im letzten Teil der Arbeit konnte das molekulare Bindeglied zwischen der CEACAM3-induzierten Signalkaskade und der Stimulation der kleinen GTPase Rac identifiziert werden. Das Vav Protein fungiert dabei als GEF für die kleine GTPase Rac. Eine dominant negative Version von Vav oder eine spezifische Vav-siRNA inhibieren die CEACAM3-vermittelte Aufnahme von OpaCEA-Gonokokken bzw. die GTP-Beladung von Rac. Interessanterweise bindet das Vav Protein über seine SH2 Domäne direkt an CEACAM3 und zwar nach Phosphorylierung durch aktive Src Kinasen an den Tyrosinrest 230 der ITAM-ähnlichen Sequenz. Die distinkte CEACAM3-induzierte Signalkaskade erlaubt es, die Bedeutung von CEACAM3 für die Phagozytose CEACAM-bindender Pathogene auch in primären Granulozyten zu untersuchen. Interessanterweise inhibiert PP2 die Aufnahme der Gonokokken dosisabhängig, wohingegen die Blockade der CEACAM1- bzw. CEACAM6-vermittelten Internalisierung der Gonokokken durch Nystatin keine Auswirkungen zeigt. Auch die Proteintransduktion der dominant-negativen Version von Vav (TAT-Vav-dn) bzw. Rac (TAT-Rac-dn) in primäre Granulozyten interferierte effektiv mit der Phagozytose der OpaCEA Gonokokken. Dementsprechend verhindert ausschließlich die Blockade der CEACAM3-vermittelten Phagozytose, aber nicht der CEACAM1- bzw.CEACAM6-vermittelten Aufnahme durch monoklonale Antikörper die Internalisierung bzw. die Elimination von CEACAM-bindenden Pathogenen. Diese Arbeiten beschreiben das exklusiv auf Granulozyten exprimierte CEACAM3 Protein als einen neuen gegen CEACAM-bindende Erreger gerichteten phagozytischen Rezeptor der angeborenen Immunantwort.
N2  - The exclusivley human specific pathogen Neisseria gonorrhoeae is the causative agent of gonorrhoea a veneric disease characterized by an acute inflammation of infected area and a massive infiltration of granulocytes. During an acute, symptomatic gonorrhoeae the pathogen is able to interact with CEACAM proteins of different cells by the means of their so called OpaCEA-adhesins. In this doctaral thesis the pathogen-phagocyte-interaction was to be investigated by cell biology, biochemical and genetical methods. The contact of OpaCEA-expressing gonococci with primary granulocytes induces ruffling of the membrane and lammelipodia-like protrusion finally leading to the CEACAM-dependent phagocytosis of the pathogenic bacteria. Earlier infection-studies with pro-myelomonocytic cells were able to show that the phenotypic cytoskeleton rearrangement and the internalisation of gonococci was dependet on the stimulation of Src-family kinases and the small GTPase Rac. Initial in vitro infection studies with transiently transfected human epithelial 293 cells showed that exclusively CEACAM3-mediated internalisation of OpaCEA-expressing gonococci depends on the catalytic activity of Src-family kinases. This was further corroborated by infecting CEACAM3-expressing, genetic manipulated S-/Y-/F--deficient mouse fibroblasts with gonococci, as only cells reconstituted with c-Src were able to internalise OpaCEA-expressing gonococci. Bacterial ligation of CEACAM3 leads to Src-family kinase dependent tyrosin phosphorylation within the cytoplasmatic-tail of CEACAM3 and on the molecular level the kinase itself is able to directly interact with phosphorylated CEACAM3 via its SH2-domain. Accordingly, stimulation of the small GTPase Rac is connected to bacterial CEACAM3 ligation, as expression of a dominant negative Rac constructs only interferes with CEACAM3, but not with CEACAM6 mediated internalisation of gonococci. In addition recruitment of Rac to adhering bacteria and Rac stimulation is dependent on CEACAM3 mediated uptake and expression of the OpaCEA-adhesins. A critical part of CEACAM3 mediated signal transduction turned out to be it’s ITAM like sequence. Either mutation of both tyrosine residues or deletion of the whole cytoplasmatic tail inhibited CEACAM3-mediated Rac stimulation and accordingly internalisation of OpaCEA-expressing gonococci. However CEACAM3-mediated internalisation is not restricted to gonococci as CEACAM-binding Moraxella catarrhalis and Haemophilus influenzae also stimulate Rac-GTP-loading while taken up via CEACAM3. In the last part of the doctoral thesis I was able to identify the molecular link between Rac stimulation and bacterial CEACAM3 engagement. Vav serves as a specific GEF towards the stimulation of the small GTPase Rac, as a dominant negative version of Vav or a specific Vav-siRNA blocks CEACAM3-mediated uptake of OpaCEA-expressing gonococci and GTP-loading of Rac respectively. Vav directly binds to CEACAM3 via it’s SH2 domain leading to a CEACAM3-Vav protein complex after phosphorylation of tyrosinresidue 230 of CEACAM3. by stimulated Src-family kinases. The uniqueness of CEACAM3-initiated signal transduction provided a method to identify it’s relevance during phagocytosis of CEACAM binding bacteria in primary human granulocytes. Especially the pharmacological inhibitor PP2 interferes in a concentration dependent manner with the uptake of gonococci in granulocytes while Nystatin which inhibits CEACAM1 and CEACAM6 dependent internalisation in vitro has no effect on bacterial uptakte in human granulocytes. Accordingly, interference of CEACAM3 mediated stimulation of Vav (TAT-Vav-dn) or Rac (Tat-Rac-dn) inhibited uptake of OpaCEA-gonococci into primary cells. In addition a CEACAM3-specific but not a CEACAM1 or CEACAM6 specific monoclonal antibody inhibited internalisation and elimination of CEACAM-binding bacteria. Therefore, the results presented in this doctoral thesis describe CEACAM3 which is exclusively expressed on human granulocytes as a novel single-chain phagocytic receptor of the innate immune system.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Immunreaktion
KW  - Rezeptor
KW  - CEACAMs
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - Moraxella catarrhalis
KW  - angeborene Immunabwehr
KW  - CEACAMs
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - Moraxella catarrhalis
KW  - innate Immunity
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17271
ER  - 
TY  - THES
A1  - Solger, Franziska
T1  - Central role of sphingolipids on the intracellular survival of \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) in epithelial cells
T1  - Die zentrale Rolle von Sphingolipiden auf das intrazelluläre Überleben von \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) in Epithelzellen
N2  - Neisseria gonorrhoeae are Gram-negative bacteria with diplococcal shape. As an obligate human pathogen, it is the causative agent of gonorrhoea, a sexually transmitted disease. Gonococci colonize a variety of mucosal tissues, mainly the urogenital tract in men and women. Occasionally N. gonorrhoeae invades the bloodstream, leading to disseminated gonococcal infection. These bacteria possess a repertoire of virulence factors, which expression patterns can be adapted to the environmental conditions of the host. Through the accumulation of antibiotic resistances and in absence of vaccines, some neisserial strains have the potential to spread globally and represent a major public health threat. Therefore, it is necessary to understand the exact molecular mechanisms underlying the successful infection and progression of gonococci within their host. This deeper understanding of neisserial infection and survival mechanisms is needed for the development of new therapeutic agents. 
In this work, the role of host-cell sphingolipids on the intracellular survival of N. gonorrhoeae was investigated. It was shown that different classes of sphingolipids strongly interact with invasive gonococci in epithelial cells. Therefore, novel and highly specific clickable sphingolipid analogues were applied to study these interactions with this pathogen. The formation of intra- and extracellular sphingosine vesicles, which were able to target gonococci, was observed. This direct interaction led to the uptake and incorporation of sphingosine into the neisserial membrane. Together with in vitro results, sphingosine was identified as a potential bactericidal reagent as part of the host cell defence. By using different classes of sphingolipids and their clickable analogues, essential structural features, which seem to trigger the bacterial uptake, were detected. Furthermore, effects of key enzymes of the sphingolipid signalling pathway were tested in a neutrophil infection model.
In conclusion, the combination of click chemistry and infection biology made it possible to shed some light on the dynamic interplay between cellular sphingosine and N. gonorrhoeae. Thereby, a possible “catch-and-kill” mechanism could have been observed.
N2  - Neisseria gonorrhoeae ist ein Gram-negatives Bakterium, welches als Diplokokke vorkommt. Als ein ausschließliches Humanpathogen sind Neisserien der Erreger für die sexuell übertragbare Infektionskrankheit Gonorrhö. Gonokokken besiedeln eine Vielzahl von Schleimhäuten, jedoch hauptsächlich den Urogenitaltrakt bei Männern und Frauen. Gelegentlich kann N. gonorrhoeae in die Blutbahn invadieren, was zu einer disseminierten Infektion führen kann. Diese Bakterien verfügen über ein Repertoire an Virulenzfaktoren, deren Expressionskombination den Umgebungsbedingungen des Wirts angepasst werden können. Durch die Anhäufung von Antibiotikaresistenzen und durch das Fehlen eines Impfstoffes, besteht die Gefahr, dass spezielle Neisserienstämme sich weltweit verbreiten und daher eine ernstzunehmende Bedrohung des Menschen sind. Daher ist es notwendig die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der erfolgreichen Infektion und Ausbreitung der Gonokokken im Wirt genauestens zu verstehen. Das detaillierte Wissen über die Neisserieninfektion und Überlebensmechanismen ist nötig für die Entwicklung neuer Therapieansätze. 
In dieser Arbeit wurde der Effekt von Sphingolipiden der Wirtszelle auf das intrazelluläre Überleben von N. gonorrhoeae untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Klassen von Sphingolipiden stark mit invasiven Gonokokken in Epithelzellen interagieren. Um dies zu tun, wurden neue und hochspezifische clickbare Sphingolipidanaloge eingesetzt, um deren Interaktionen mit diesem Pathogen zu studieren. Die Formation von intra- als auch extrazellulären Sphingosinvesikeln, welche Gonokokken gezielt erreichten, konnte beobachtet werden. Diese direkte Interaktion führte zu einer Aufnahme und Einbau des Sphingosins in die Neisserienmembran. Zusammen mit in vitro Ergebnissen, konnte Sphingosin als potenzieller und antibakterieller Bestandteil des zellulären Abwehrsystems identifiziert werden. Weiterhin wurde durch die Verwendung unterschiedlicher Sphingolipidklassen und deren clickbaren Analoge wichtige Strukturen erkannt, die die bakterielle Aufnahme auslösen. Des Weiteren wurden die Auswirkungen von Schlüsselenzymen des Sphingolipidsignalwegs in einem Infektionsmodell mit Neutrophilen getestet. 
Abschließend ist zu sagen, dass die Kombination aus Click Chemie und Infektionsbiologie es ermöglicht hat, die dynamischen Wechselwirkungen zwischen zellulären Sphingosin und N. gonorrhoeae zu beleuchten. Dadurch konnte ein möglicher „catch-and-kill”-Mechanismus entdeckt werden.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Sphingosinkinase
KW  - Sphingosinanaloga
KW  - Click-Chemie
KW  - sphingosine
KW  - sphingolipids
KW  - Neisseria
KW  - intracellular
KW  - vesicles
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247534
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Steiner, Thomas
A1  - Zachary, Marie
A1  - Bauer, Susanne
A1  - Müller, Martin J.
A1  - Krischke, Markus
A1  - Radziej, Sandra
A1  - Klepsch, Maximilian
A1  - Huettel, Bruno
A1  - Eisenreich, Wolfgang
A1  - Rudel, Thomas
A1  - Beier, Dagmar
T1  - Central Role of Sibling Small RNAs NgncR_162 and NgncR_163 in Main Metabolic Pathways of Neisseria gonorrhoeae
JF  - mBio
N2  - Small bacterial regulatory RNAs (sRNAs) have been implicated in the regulation of numerous metabolic pathways. In most of these studies, sRNA-dependent regulation of mRNAs or proteins of enzymes in metabolic pathways has been predicted to affect the metabolism of these bacteria. However, only in a very few cases has the role in metabolism been demonstrated. Here, we performed a combined transcriptome and metabolome analysis to define the regulon of the sibling sRNAs NgncR_162 and NgncR_163 (NgncR_162/163) and their impact on the metabolism of Neisseria gonorrhoeae. These sRNAs have been reported to control genes of the citric acid and methylcitric acid cycles by posttranscriptional negative regulation. By transcriptome analysis, we now expand the NgncR_162/163 regulon by several new members and provide evidence that the sibling sRNAs act as both negative and positive regulators of target gene expression. Newly identified NgncR_162/163 targets are mostly involved in transport processes, especially in the uptake of glycine, phenylalanine, and branched-chain amino acids. NgncR_162/163 also play key roles in the control of serine-glycine metabolism and, hence, probably affect biosyntheses of nucleotides, vitamins, and other amino acids via the supply of one-carbon (C\(_1\)) units. Indeed, these roles were confirmed by metabolomics and metabolic flux analysis, which revealed a bipartite metabolic network with glucose degradation for the supply of anabolic pathways and the usage of amino acids via the citric acid cycle for energy metabolism. Thus, by combined deep RNA sequencing (RNA-seq) and metabolomics, we significantly extended the regulon of NgncR_162/163 and demonstrated the role of NgncR_162/163 in the regulation of central metabolic pathways of the gonococcus.
KW  - sRNA
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - posttranscriptional regulation
KW  - amino acid transporter
KW  - bipartite metabolism
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313323
VL  - 14
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Taha, Muhamed-Kheir
A1  - Claus, Heike
A1  - Lappann, Martin
A1  - Veyrier, Frédéric J.
A1  - Otto, Andreas
A1  - Becher, Dörte
A1  - Deghmane, Ala-Eddine
A1  - Frosch, Matthias
A1  - Hellenbrand, Wiebke
A1  - Hong, Eva
A1  - du Châtelet, Isabelle Parent
A1  - Prior, Karola
A1  - Harmsen, Dag
A1  - Vogel, Ulrich
T1  - Evolutionary Events Associated with an Outbreak of Meningococcal Disease in Men Who Have Sex with Men
JF  - PLoS ONE
N2  - Meningococci spread via respiratory droplets, whereas the closely related gonococci are transmitted sexually. Several outbreaks of invasive meningococcal disease have been reported in Europe and the United States among men who have sex with men (MSM). We recently identified an outbreak of serogroup C meningococcal disease among MSM in Germany and France. In this study, genomic and proteomic techniques were used to analyze the outbreak isolates. In addition, genetically identical urethritis isolates were recovered from France and Germany and included in the analysis. Genome sequencing revealed that the isolates from the outbreak among MSM and from urethritis cases belonged to a clade within clonal complex 11. Proteome analysis showed they expressed nitrite reductase, enabling anaerobic growth as previously described for gonococci. Invasive isolates from MSM, but not urethritis isolates, further expressed functional human factor H binding protein associated with enhanced survival in a newly developed transgenic mouse model expressing human factor H, a complement regulatory protein. In conclusion, our data suggest that urethritis and outbreak isolates followed a joint adaptation route including adaption to the urogenital tract.
KW  - nitrites
KW  - genome sequencing
KW  - men who have sex with men
KW  - meningococcal disease
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - mammalian genomics
KW  - mouse models
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179870
VL  - 11
IS  - 5
ER  - 
TY  - THES
A1  - Xian, Yibo
T1  - Identification of essential genes and novel virulence factors of Neisseria gonorrhoeae by transposon mutagenesis
T1  - Identifizierung von essentiellen Genen und neuen Virulenzfaktoren von Neisseria gonorrhoeae durch Transposonmutagenese
N2  - Neisseria gonorrhoeae is a human-specific pathogen that causes gonorrhea. It is defined as a super bacterium by the WHO due to the emergence of gonococci that are resistant to a variety of antibiotics and a rapidly increasing infection incidence. Genome-wide investigation of neisserial gene essentiality and novel virulence factors is urgently required in order to identify new targets for anti-neisserial therapeutics. To identify essential genes and new virulence factors, a high-density mutant library in N. gonorrhoeae MS11 was generated by in vitro transposon mutagenesis. The transposon library harbors more than 100,000 individual mutants, a density that is unprecedented in gonococcal research. Essential genes in N. gonorrhoeae were determined by enumerating frequencies of transposon insertion sites (TIS) with Illumina deep sequencing (Tn-seq). Tn-seq indicated an average distance between adjacent TIS of 25 bp. Statistical analysis unequivocally demonstrated 781 genes that were significantly depleted in TIS and thus are essential for Neisseria survival. A subset of the genes was experimentally verified to comprise essential genes and thus support the outcome of the study. The hereby identified candidate essential genes thus may constitute excellent targets for the development of new antibiotics or vaccines. 
In a second study, the transposon mutant library was applied in a genome-scale “negative-selection strategy” to identify genes that are involved in low phosphate-dependent invasion (LPDI). LPDI is dependent on the Neisseria porin subtype PorBIA which acts as an epithelial cell invasin in absence of phosphate and is associated with severe pathogenicity in disseminated gonococcal infections (DGI). Tn-seq demonstrated 98 genes, which were involved in adherence to host cells and 43 genes involved in host cell invasion. E.g. the hypothetical protein NGFG_00506, an ABC transporter ATP-binding protein NGFG_01643, as well as NGFG_04218 encoding a homolog of mafI in N. gonorrhoeae FA1090 were experimentally verified as new invasive factors in LPDI. NGFG_01605, a predicted protease, was identified to be a common factor involved in PorBIA, Opa50 and Opa57-mediated neisserial engulfment by the epithelial cells. Thus, this first systematic Tn-seq application in N. gonorrhoeae identified a set of previously unknown N. gonorrhoeae invasive factors which demonstrate molecular mechanisms of DGI.
N2  - Neisseria gonorrhoeae ist ein human-spezifisches Pathogen, das die Krankheit Gonorrhoe verursacht. Aufgrund der steigenden Anzahl antibiotikaresistenter Gonokokken und der damit verbundenen, rapide zunehmenden Anzahl von Infektionen erklärte die WHO Gonokokken 2012 zum Superbakterium. Daher ist eine genomweite Untersuchung der neisseriellen Genessentiatialität und neuer Virulenzfaktoren dringend erforderlich, um neue Ziele für die antineisserielle Therapie zu identifizieren. Hierzu wurde eine high-density Mutantenbibliothek in N. gonorrhoeae MS11 durch in vitro Transposonmutagenese generiert. Die Transposonbibliothek enthält mehr als 100.000 individuelle Mutanten - eine Dichte, die in der Gonokokken-Forschung beispiellos ist. Essentielle Gene von N. gonorrhoeae wurden durch die Ermittlung der Häufigkeit von Transposon insertion sites (TIS) mit Hilfe von Illumina deep sequencing (Tn-seq) bestimmt. Tn-seq ergab eine durchschnittliche Distanz von 25 Basenpaaren zwischen benachbarten TIS. Die statistische Analyse zeigte eindeutig 781 Gene, die signifikant weniger TIS aufwiesen und deshalb als essentiell für das Überleben der Neisserien verstanden werden können. Für ausgewählte Gene wurde experimentell bestätigt, dass sie essentielle Gene beinhalten, wodurch das Ergebnis der Tn-seq unterstützt wird. Die hierbei identifizierten essentiellen Gene könnten exzellente Targets für die Entwicklung neuer Antibiotika oder Impfstoffe darstellen.
In einer zweiten Studie wurde die Transposon Mutanten Bibliothek für eine genomweite „negative Selektionsstrategie“ bereitgestellt. Es sollten Gene identifiziert werden, die an der phosphatfreien Invasion (low phosphate-dependent invasion = LPDI) beteiligt sind. Die LPDI ist vom neisseriellen Porin Subtyp PorBIA abhängig, welches bei Epithelzellen in Abwesenheit von Phosphat als Invasin fungiert und mit einer schweren Pathogenität in disseminierenden Gonokokkeninfektionen (DGI) assoziiert ist. Tn-seq ergab 98 Gene, die an der Adhärenz an die Wirtszelle, und 43 Gene, die an der Wirtszellinvasion beteiligt waren. Zum Beispiel wurden das hypothetische Protein NGFG_00506, ein ABC Transporter, das ATP-bindende Protein NGFG_01643, wie auch NGFG_04218, das für ein Homolog von mafI in N. gonorrhoeae FA1090 kodiert, experimentell als neue Invasionsfaktoren in der LPDI verifiziert. NGFG_01605, bei dem angenommen wird, dass es sich um eine Protease handelt, wurde als ein allgemeiner Faktor identifiziert, der an der PorBIA-, Opa50- and Opa57-vermittelten Einstülpung der Membran von Epithelzellen beteiligt ist. Die erste systematische Anwendung von Tn-seq in N. gonorrhoeae identifizierte eine Reihe bisher unbekannter Invasionsfaktoren von N. gonorrhoeae, die molekulare Mechanismen der DGI zeigen.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - transposon mutagenesis
KW  - essential genes
KW  - virulence factors
KW  - Virulenzfaktor
KW  - Transposon
KW  - Mutagenese
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-102659
ER  - 
TY  - THES
A1  - Yang, Manli
T1  - \(Chlamydia\) \(trachomatis\) metabolism during infection and metatranscriptome analysis in \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) coinfected STD patients
T1  - \(Chlamydia\) \(trachomatis\) Metabolismus während der
Infektion sowie die Analyse des Metatranskriptoms bei
\(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) koinfizierten STD-Patienten
N2  - Chlamydia trachomatis (Ct) is an obligate intracellular human pathogen. It causes blinding trachoma and sexually transmitted disease such as chlamydia, pelvic inflammatory disease and lymphogranuloma venereum. Ct has a unique biphasic development cycle and replicates in an intracellular vacuole called inclusion. Normally it has two forms: the infectious form, elementary body (EB); and the non-infectious form, reticulate body (RB). Ct is not easily amenable to genetic manipulation. Hence, to understand the infection process, it is crucial to study how the metabolic activity of Ct exactly evolves in the host cell and what roles of EB and RB play differentially in Ct metabolism during infection. In addition, Ct was found regularly coinfected with other pathogens in patients who got sexually transmitted diseases (STDs). A lack of powerful methods to culture Ct outside of the host cell makes the detailed molecular mechanisms of coinfection difficult to study.

In this work, a genome-scale metabolic model with 321 metabolites and 277 reactions was first reconstructed by me to study Ct metabolic adaptation in the host cell during infection. This model was calculated to yield 84 extreme pathways, and metabolic flux strength was then modelled regarding 20hpi, 40hpi and later based on a published proteomics dataset. Activities of key enzymes involved in target pathways were further validated by RT-qPCR in both HeLa229 and HUVEC cell lines. This study suggests that Ct's major active pathways involve glycolysis, gluconeogenesis, glycerolphospholipid biosynthesis and pentose phosphate pathway, while Ct's incomplete tricarboxylic acid cycle and fatty acid biosynthesis are less active. EB is more activated in almost all these carbohydrate pathways than RB. Result suggests the survival of Ct generally requires a lot of acetyl-CoA from the host. Besides, both EB and RB can utilize folate biosynthesis to generate NAD(P)H but may use different pathways depending on the demands of ATP. When more ATP is available from both host cell and Ct itself, RB is more activated by utilizing energy providing chemicals generated by enzymes associated in the nucleic acid metabolism. The forming of folate also suggests large glutamate consumption, which is supposed to be converted from glutamine by the glutamine-fructose-6-phosphate transaminase (glmS) and CTP synthase (pyrG).

Then, RNA sequencing (RNA-seq) data analysis was performed by me in a coinfection study. Metatranscriptome from patient RNA-seq data provides a realistic overview. Thirteen patient samples were collected and sequenced by our collaborators. Six male samples were obtained by urethral swab, and seven female samples were collected by cervicovaginal lavage. All the samples were Neisseria gonorrhoeae (GC) positive, and half of them had coinfection with Ct. HISAT2 and Stringtie were used for transcriptomic mapping and assembly respectively, and differential expression analysis by DESeq2, Ballgown and Cuffdiff2 are parallelly processed for comparison. Although the measured transcripts were not sufficient to assemble Ct's transcriptome, the differential expression of genes in both the host and GC were analyzed by comparing Ct positive group (Ct+) against Ct-uninfected group. The results show that in the Ct+ group, the host MHC class II immune response was highly induced. Ct infection is associated with the regulation of DNA methylation, DNA double-strand damage and ubiquitination. The analysis also shows Ct infection enhances host fatty acid beta oxidation, thereby inducing mROS, and the host responds to reduce ceramide production and glycolysis. The coinfection upregulates GC's own ion transporters and amino acid uptake, while it downregulates GC's restriction and modification systems. Meanwhile, GC has the nitrosative and oxidative stress response and also increases the ability for ferric uptake especially in the Ct+ group compared to Ct-uninfected group.

In conclusion, methods in bioinformatics were used here in analyzing the metabolism of Ct itself, and the responses of the host and GC respectively in a coinfection study with and without Ct. These methods provide metabolic and metatranscriptomic details to study Ct metabolism during infection and Ct associated coinfection in the human microbiota.
N2  - Chlamydia trachomatis (Ct) ist ein obligater intrazellulärer Pathogen des Menschen. Er verursacht Trachoma und sexuell übertragbare Krankheiten, wie Chlamydiose, Unterleibsentzündung und Lymphogranuloma venereum. Ct besitzt einen biphasischen Entwicklungszyklus und vermehrt sich in intrazellulären Vakuolen, sogenannten Einschlusskörperchen. Normalerweise können zwei Formen beobachtete werden: Die infektiöse Form, Elementarkörperchen (EK); und die nicht-infektiöse Form, Retikularkörperchen (RK). Ct ist nicht einfach genetisch zu manipulieren. Um den Infektionsablauf besser zu verstehen, ist es wichtig, zu untersuchen, wie sich genau die metabolische Aktivität von Ct in der Wirtszelle entwickelt und welche Rolle EK und RK im Metabolismus von Ct während der Infektion spielen. Zusätzlich wurde Ct häufig bei Patienten mit sexuell übertragbaren Krankheiten (STD) in Co-Infektion mit anderen Erregern gefunden. Ein Mangel an leistungsfähigen Methoden zur Kultivierung von Ct außerhalb der Wirtszelle macht es schwierig die genauen molekularen Mechanismen von Co-Infektionen zu untersuchen.

In dieser Arbeit wurde erstmals ein genomweites metabolisches Model mit 321 Metaboliten und 277 Reaktionen aufgebaut, um die metabolische Adaption von Ct in der Wirtzelle während der Infektion zu untersuchen. Dieses Model wurde erstellt und umfasst 84 „extreme pathways“ (Grenz-Stoffwechselwege). Darauf aufbauend wurde die metabolische Fluss-Stärke berechnet. Die Zeitpunkte 20 hpi (20 Stunden nach der Infektion), 40 hpi und die anschließende Infektionsphase wurden durch Nutzung von Proteom-Daten modelliert. Die Aktivitäten von Schlüsselenzymen, welche in wichtigen Stoffwechselwegen involviert sind, wurden zusätzlich durch RT-qPCR überprüft. Dabei wurden die Ergebnisse sowohl für HeLA229- als auch HUVEC-Zellen nachgemessen. Diese Untersuchungen zeigten, dass Ct’s wichtigste aktive Stoffwechselwege die Glykolyse, die Gluconeogenese und der Pentosephosphatweg sind, während der unvollständige Zitronensäurezyklus und die Fettsäuresynthese weniger aktiv sind. Gegenüber RK sind bei EK fast alle diese Kohlenhydratwege stärker aktiviert. Im Allgemeinen benötigt Ct eine größere Menge an Acetyl-CoA. Außerdem können sowohl EK, als auch RK die Folsäurebiosynthese nutzen, um NAD(P)H zu generieren. Dabei werden möglicherweise unterschiedliche Pathways genutzt, abhängig vom Bedarf an ATP. Sobald mehr ATP sowohl durch die Wirtszellen als auch von der Ct-Zelle selbst zur Verfügung steht, wird die Nutzung von Energieträgern, produziert durch Enzyme des Nukleinsäurestoffwechsels, in RK stärker aktiviert. Die Bildung von Folsäure lässt den Schluss zu, dass große Mengen von Glutamat umgesetzt werden, welches vermutlich aus der Umwandlung von Glutamin durch die Glutamine-fructose-6-phosphate-transaminase (glmS) und CTP-Syntase (pyrG) stammt.

Anschließend wurde eine Analyse von RNA-Sequenzierungsdaten (RNA-seq) aus einer Co-Infektions-Studie (Chlamydien und andere Keime, insbesondere Gonokokken (GC)) durchgeführt. Dafür wurden Proben von dreizehn Patienten gesammelt und von Kollaborationspartnern sequenziert. Sechs Proben männlicher Patienten wurden durch Abstrich der Harnröhre und sieben Proben weiblicher Patientinnen durch cervicovaginale Lavage gewonnen. Alle Proben waren Neisseria gonorrhoeae (GC) positiv, wobei die Hälfte eine Co-Infektion mit Ct aufwies. Die Programme HISAT2 and Stringtie wurden zum Abbilden der transgenomischen Reads beziehungsweise zur Assemblierung des Genoms verwendet, und eine Analyse der differentiellen Expression wurde jeweils mit DESeq2, Ballgown und Cuffdiff2 durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Obwohl nicht ausreichend viele Transkripte von Ct gewonnen werden konnten, um das Transkriptom komplett assemblieren zu können, wurde die differentielle Expression der Gene sowohl von Wirt als auch von GC durch den Vergleich zwischen der Gruppe der Ct-positiven (Ct+) der Gruppe der Ct-unifizierten Patienten analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass in der (Ct+)-Gruppe die auf der MHC-Klasse-II basierte Immunantwort stark induziert war. Die Infektion von Ct ist mit der Regulation der DNA-Methylierung, DNA-Doppel-Strang-Schädigung und Ubiquitinierung verbunden. Die Analyse zeigte zusätzlich, dass die Infektion mit Ct die Fettsäure β-Oxidation des Wirts steigert, dadurch mROS induziert, und sowohl die Ceramid-Produktion als auch die Glycolyse reduziert. Die Co-Infektion reguliert GC’s eigene Eisentransporter und Aminosäureaufnahme hoch, während Restriktions- und Modifikationssysteme herunterreguliert werden. Gleichzeitig zeigt GC sowohl eine stickstoffsensitve Stress Antwort als auch eine oxidative. Dies verstärkt zusätzlich die Fähigkeit für die Aufnahme von Eisen, insbesondere in der (Ct+)-Gruppe.

Zusammenfassend wurden Methoden der Bioinformatik genutzt, um den Metabolismus von Ct selbst, und die Antwort des Wirtes respektive GC‘s in einer Co-Infektionsstudie mit und ohne Ct zu analysieren. Diese Methoden lieferten wichtige metabolische und metatranskriptomische Details, um den Metabolismus von Ct während der Infektion, aber auch das Mikrobiom während einer Ct assoziierter Co-Infektion zu untersuchen.
KW  - chlamydia trachomatis
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - metabolic modelling
KW  - metatranscriptome
KW  - STD patients
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184993
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zachary, Marie
T1  - Functional characterization of small non-coding RNAs of \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\)
T1  - Funktionelle Charakterisierung kleiner nicht-kodierender RNAs in \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\)
N2  - During infection, bacteria need to adapt to a changing environment and have to endure various stress conditions. Small non-coding RNAs are considered as important regulators of bacterial gene expression and so allow quick adaptations by altering expression of specific target genes. Regulation of gene expression in the human-restricted pathogen Neisseria gonorrhoeae, the causative agent of the sexually transmitted disease gonorrhoea, is only poorly understood. The present study aims a better understanding of gene regulation in N. gonorrhoeae by studying small non-coding RNAs.
The discovery of antisense RNAs for all opa genes led to the hypothesis of asRNA-mediated degradation of out-of-frame opa transcripts. Analysis of asRNA expression revealed a very low abundance of the transcripts and inclusion of another phase-variable gene in the study indicates that the asRNAs are not involved in degradation of out-of-frame transcripts.
This doctoral thesis focuses on the analysis of trans-acting sRNAs. The sibling sRNAs NgncR_162 and NgncR_163 were discovered as post-transcriptional regulators altering expression of genes involved in metabolic processes, amino acid uptake and transcriptional regulation. A more detailed analysis by in silico and transcriptomic approaches showed that the sRNAs regulate a broad variety of genes coding for proteins of central metabolism, amino acid biosynthesis and degradation and several transport processes. Expression levels of the sibling sRNAs depend on the growth phase of the bacteria and on the growth medium. This indicates that NgncR_162 and NgncR_163 are involved in the adaptation of the gonococcal metabolism to specific growth conditions.
This work further initiates characterisation of the sRNA NgncR_237. An in silico analysis showed details on sequence conservation and a possible secondary structure. A combination of in silico target prediction and differential RNA sequencing resulted in the identification of several target genes involved in type IV pilus biogenesis and DNA recombination. However, it was not successful to find induction conditions for sRNA expression. Interestingly, a possible sibling sRNA could be identified that shares the target interaction sequence with NgncR_237 and could therefore target the same mRNAs.
In conclusion, this thesis provides further insights in gene regulation by non-coding RNAs in N. gonorrhoeae by analysing two pairs of sibling sRNAs modulating bacterial metabolism or possibly type IV pilus biogenesis.
N2  - Bakterien müssen sich während des Infektionsprozesses an eine sich veränderte Umgebung anpassen und sind dabei zahlreichen Stressfaktoren ausgesetzt. Kleine, nicht-kodierende RNAs gelten als wichtige Regulatoren der bakteriellen Genexpression und ermöglichen daher eine schnelle Anpassung durch eine Veränderung der Expression spezifischer Ziel-Gene. Die Regulation der Genexpression des Humanpathogens Neisseria gonorrhoeae, Auslöser der Geschlechtskrankheit Gonorrhö, ist bis jetzt kaum verstanden. Die vorliegende Studie soll durch die Analyse kleiner, nicht-kodierender RNAs zum besseren Verständnis der Genregulation in Gonokokken beitragen.
Durch die Entdeckung von antisense-RNAs für alle opa Gene wurde die Hypothese entwickelt, dass diese für den Abbau von opa Transkripten außerhalb des Leserahmens verantwortlich sind. Eine Analyse der asRNA Expression zeigte jedoch, dass diese sehr wenig exprimiert werden und auch die Untersuchung eines anderen phasenvariablen Gens weist darauf hin, dass die asRNAs keine Bedeutung für den Abbau von Transkripten außerhalb des Leserahmens haben.
Der Schwerpunkt der Doktorarbeit liegt auf der Untersuchung trans-codierter sRNAs. Die Zwillings-sRNAs NgncR_162 und NgncR_163 agieren als post-transkriptionelle Regulatoren, die die Expression von Genen verändern, die bei Stoffwechselprozessen, Aminosäureaufnahme und transkriptioneller Regulation eine Rolle spielen. Eine detailliertere Analyse durch in silico- und Transkriptom-Studien zeigte, dass die sRNAs ein großes Spektrum an Genen regulieren, die für Proteine des Zentralstoffwechsels, der Aminosäurebiosynthese und des –abbaus, sowie zahlreicher Transportprozesse kodieren. Die Expressionslevel der Zwillings-sRNAs hängen von der Wachstumsphase der Bakterien und dem Wachstumsmedium ab. Das weist darauf hin, dass NgncR_162 und NgncR_163 eine Rolle bei der Adaptation des Stoffwechsels von Gonokokken zu bestimmten Wachstumsbedingungen spielen.
In dieser Arbeit wird zudem die Charakterisierung der sRNA NgncR_237 initiiert. Im Rahmen von in silico Analysen wurde die Sequenzkonservierung und mögliche Sekundärstruktur untersucht. Eine Kombination aus in silico Zielgen-Vorhersage und differentieller RNA Sequenzierung führte zur Identifizierung zahlreicher Zielgene, die in der Biogenese von Typ IV Pili und DNA Rekombination eine Rolle spielen. Allerdings konnten keine Induktionsbedingungen für die sRNA Expression gefunden werden. Interessanterweise konnte eine mögliche Zwillings-sRNA identifiziert werden, die dieselbe Targetinteraktionsdomäne wie NgncR_237 hat und somit dieselben Zielgene regulieren könnte.
Zusammenfassend ermöglicht diese Arbeit neue Einblicke in die Genregulation durch nicht-kodierende RNAs in Gonokokken, indem zwei Paare Zwillings-sRNAs analysiert wurden, die den bakteriellen Stoffwechsel anpassen oder möglicherweise eine Rolle in der Typ IV Pilus Biogenese spielen.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Non-coding RNA
KW  - Genregulation
KW  - regulation of gene expression
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245826
ER  -