TY  - THES
A1  - Streker, Karin
T1  - Charakterisierung neuer Zielstrukturen für die Antibiotikatherapie gegen Staphylococcus aureus und Entwicklung eines konditionalen In-vivo-Expressionssystems
T1  - Characterization of new target for antibiotic therapy in Staphylococcus aureus and development of an conditional  in-vivo expression system
N2  - Bislang inhibieren antibakterielle Substanzen in erster Linie die Zellwandsynthese, den DNA- und RNA-Stoffwechsel sowie die Proteinsynthese. In dieser Arbeit wurde ein erster Versuch unternommen, neue Zielstrukturen für die Antibiotika-Therapie in S. aureus zu finden. Insgesamt wurden 10 Gene untersucht, die Funktion von 7 dieser Gene war in S. aureus unbekannt. Zunächst sollte herausgefunden werden, ob diese 10 Zielgene: topB, polA, nusG, SA1857, SA1444, SA1063, SA0453, SA0241, SA0245, SA0367, für S. aureus essentiell sind. Es wurde versucht, jedes dieser Gene in S. aureus zu deletieren. Außer den Genen SA1444, SA0245 und nusG konnten alle Zielgene deletiert werden und waren daher für S. aureus nicht essentiell. Die Deletionsmutanten ΔtopB, ΔpolA, ΔSA1857, ΔSA1063, ΔSA0453, ΔSA0241, ΔSA0367 wurden außerdem in einem Sepsismodell in Mäusen untersucht und waren nicht attenuiert. Gene, die weder in vitro noch in vivo essentiell sind, sind nur von geringem Interesse für die Entwicklung neuer Antibiotika. Zur Untersuchung essentieller Gene in S. aureus wurden vier verschiedene konditionale Expressionssystem untersucht. Bei drei dieser Systeme wurde der wildtypische Promotor gegen einen regulierbaren Promotor ausgetauscht. Bei einem weiteren System handelte es sich um einen Antisense-RNA-Ansatz. Zur Überprüfung der konditionalen Expressionssysteme („proof-of-principle“) wurden die bekannten essentiellen Gene ligA und dnaE in S. aureus mutiert. Eines dieser konditionalen Expressionssysteme, das pLL30/Pspac/pMJ8426-System, konnte erfolgreich in S. aureus angewandt werden. Die konditionale Expression von ligA und von SA0245 wurde mit diesem System erzielt. Der Temperatur-sensitive Shuttle-Vektor pLL30 dieses konditionalen Expressionssystems enthält eine Insertionskassette, die das Antibiotikaresistenzgen cat (Chloramphenicol-Acetyltransferase) sowie den regulierbaren Promotor Pspac enthält. Ein wesentliches Merkmal des pLL30/Pspac/pMJ8426-Systems ist die stabile Integration des Resistenzmarkers cat und des Pspac-Promotors durch ein doppeltes Crossover Ereignis vor dem Zielgen. Der Temperatur-sensitive Shuttle-Vektor pLL30 kann anschließend durch mehrfaches Subkultivieren der Bakterien bei nicht permissiver Temperatur eliminiert werden. Der Repressor LacI wird auf einem Extra-Plasmid pMJ8426 kodiert und wird nach erfolgter Integration des Pspac-Promotors vor dem Zielgen in die Bakterien transformiert. Mehrere Kopien des Repressorplasmids ermöglichen eine gute Repression an Pspac. Durch die Zugabe des Induktors IPTG kann der Repressor LacI inaktiviert und die Gen-Expression induziert werden. Insbesondere konnte dieses konditionale Expressionssystem erfolgreich im Tiermodell angewandt werden. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit bildete die genetische und funktionelle Charakterisierung von SA0367. Durch biochemische Untersuchungen wurde gezeigt, dass dieses Gen für eine FMN-enthaltende Oxidoreduktase codiert. Auf Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zur Funktion des Proteins wurde das Gen SA0367, in Analogie zum orthologen Gen nfrA aus B. subtilis, in nfrA umbenannt. Die Oxidoreduktase NfrA oxidiert NADPH in Gegenwart von FMN. In Gegenwart von NADPH und FMN zeigt das Enzym NfrA außerdem Nitroreduktase- und eine leichte Disulfidreduktase-Aktivität. Induktionsexperimente im Wildtyp zeigten, dass nfrA durch oxidativen Stress, verursacht von Diamide oder Nitrofurantoin, und durch Ethanol induziert wird. Ethanol und oxidativer Stress führt zu Denaturierung von Proteinen. NfrA könnte an der Reparatur geschädigter Proteine beteiligt sein. Die Induktion von nfrA in S. aureus erfolgt unabhängig vom alternativen Sigmafaktor SigB. Durch Primer Extension-Experimente wurde eine putative PerR-Box vor dem nfrA-Gen identifiziert. Diese könnte für die Regulation von nfrA wichtig sein. Außerdem wird nfrA während des gesamten Wachstumszyklus von einem SigAabhängigen Promotor exprimiert. Die Deletionsmutante ΔnfrA zeigt nur in Gegenwart hoher Ethanolkonzentrationen von 6,5 % einen leichten Wachstumsnachteil im Vergleich zum Wildtyp. Außerdem weist die ΔnfrA-Mutante eine höhere Resistenz gegenüber Nitrofurantoin auf. In weiteren Untersuchungen wurde begonnen die Funktion der Ser/Thr-Kinase SA1063 durch Microarray-Experimente aufzuklären. Hierbei wurde deutlich, dass dieses Gen eine regulatorische Rolle bei der Zellwandsynthese in S. aureus spielen könnte.
N2  - So far, antimicrobial substances inhibit primarily the synthesis of the cell wall, DNA- and RNA as well as the synthesis of proteins. In this work, alternative targets for antibiotictherapy in S. aureus were investigated. Consequently, altogether ten different genes were analysed, seven of these genes were of unknown function in S. aureus. The ten target genes chosen were: topB, polA, nusG, SA1857, SA1444, SA1063, SA0453, SA0241, SA0245 and SA0367. First, it should be discovered whether or not these target genes are essential for bacterial survival. Therefore, deletion strains of each of these genes were constructed in S. aureus. All of these genes, except of SA1444, SA0245 and nusG, could be deleted, and were thus non-essential in S. aureus. The deletion strains ΔtopB, ΔpolA, ΔSA1857, ΔSA1063, ΔSA0453, SA0241, ΔSA0367 were analysed in a sepsis model of infection in mice. These experiments turned out that none of those strains were attenuated in this model which suggests that the factors investigated are neither in vitro nor in vivo essential for bacterial survival and virulence. Therefore, the potential of these determinants to serve as a target for the development of new antibiotics is rather low. To examine essential genes in S. aureus, four different conditional expression systems were analysed. In three of these systems the promoter of the wildtype gene was exchanged by an experimentally controllable promoter. Another approach involved antisense-RNA to counteract the transcription of the target genes. To verify that the conditional expression systems are functional in S. aureus (“proof-of-principle”), we first mutated two known essential genes, namely ligA and dnaE. One of these conditional expression systems, the pLL30/Pspac/pMJ8426-System could be applied successfully in S. aureus. Conditional mutants of ligA and SA0245 were obtained with this system. The temperature-sensitive shuttle-vector pLL30 of this expression system contains a DNA cassette for insertion in front of the target gene. This insertion-cassette encodes the resistance marker cat (chloramphenicol-acetyltransferase) as well as the Pspac promoter. One important feature of the pLL30/Pspac/pMJ8426-system is the stable integration of the resistance gene cat and the Pspac promoter in front of the target gene by a double crossover event. Following the integration of the cat-Pspac-cassette the temperature-sensitive vector can be eliminated by successive sub-culturing of the bacteria at non-permissive temperature. The repressor LacI is encoded on the Plasmid pMJ8426 which is transformed into the bacteria after integration of the cat-Pspac-cassette in front of the target gene. Several copies of the repressor-plasmid pMJ8426 give rise to high amounts of the repressor LacI and should allow tight repression of the target gene. By addition of the inductor IPTG the repressor LacI is inactivated and gene expression is induced. This conditional expression system was also successfully applied in an animal model of infection. Thus, a validated in vivo expression system is now applicable for the investigation of putative target genes in vivo. Furthermore, in the present work SA0367 was genetically and functionally characterized. Biochemical assays of the gene product revealed that it encodes a FMN-containing oxidoreductase. Based on the findings of this work about the function of the protein, the gene SA0367 was named nfrA, in analogy to the orthologous gene nfrA from B. subtilis. The oxidoreductase NfrA oxidizes NADPH in the presence of FMN. In addition, the enzyme NfrA showed nitroreductase-activity and a minor disulfidreductase-activity in the presence of FMN and NADPH. Induction experiments in the wildtype showed that nfrA is induced by oxidative stress caused by diamide or nitrofurantoin and by ethanol. Ethanol and oxidative stress cause denaturation of proteins. Therefore, NfrA could be involved in the repair of damaged proteins. The induction of nfrA is independent of the alternative sigma-factor SigB. Primer-extension experiments revealed a putative PerR-Box in front of the nfrA-gene. This PerR-Box could be important for the regulation of the expression of nfrA. Moreover, nfrA is transcribed throughout the whole life cycle of S. aureus from a SigA-dependent promoter. Growth of the deletion strain ΔnfrA was slightly reduced in the presence of 6,5 % ethanol as compared to the wildtype. The ΔnfrA-mutant also shows a higher resistance towards nitrofurantoin. In addition, the function of the Ser/Thr-kinase SA1063 was investigated by DNAmicroarray- experiments. Several genes were differentially regulated when comparing transcription of the wildtype and its isogenic ΔSA1063-mutant. The results of these experiments implicate a regulatory role of that SA1063 in the cell wall synthesis in S. aureus.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Antibiotikum
KW  - Genexpression
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Antibiotika
KW  - Nitroreduktase
KW  - konditionales Expressionssystem
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - antibiotics
KW  - nitroreductase
KW  - conditional expressionsystem
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12747
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TY  - THES
A1  - Mutterer, Elisabeth
T1  - Keimspektrum bei erster Harnwegsinfektion im Kindesalter
T1  - Resistance Pattern of the first instance of urinary tract infection
N2  - Die antibiotische Therapie von Harnwegsinfekten sollte möglichst rasch und effektiv erfolgen. Dabei ist einerseits das schnelle Erreichen von Symptomfreiheit, andererseits die Abwendung drohender Spätschäden, insbesondere am Nierenparenchym, das vorrangige Ziel. Bei der Auswahl eines geeigneten Antibiotikums ist es von besonderer Bedeutung, das genaue Keimspektrum und Resistenzmuster des vorliegenden Patientenkollektivs zu kennen, um von Anfang an eine bestmögliche Therapie zu gewährleisten. Aufgrund örtlich definierter Unterschiede wurde vorliegende retrospektive Studie erstellt, um die Resistenzmuster uropathogener Keime für die Universitätskinderklinik Würzburg über einen Zeitraum von 1999 bis 2004 zu untersuchen und mittels Therapieempfehlungen die Behandlung von Harnwegsinfektionen zu optimieren. Dabei richtete sich das Augenmerk auf die Erstinfektion, wodurch 140 Kinder aus einem Kollektiv von 400 Patienten extrahiert werden konnten. Die höchste Inzidenz zeigte sich insgesamt im Kleinkindesalter (2-6 Jahre), wobei die männlichen Patienten im Durchschnitt jünger als die weiblichen waren. Kinder mit pathologischem Harntrakt wurden in die Studie eingeschlossen, was dazu führte, dass auch seltenere Keime gefunden wurden. Unverändert an erster Stelle präsentierte sich Escherichia coli, der sich ausgesprochen resistent gegen die Antibiotika darstellte, die auch häufig bei interkurrierenden Atemwegsinfekten eingesetzt werden. Das Keimspektrum des gesunden Urogenitaltraktes umfasste insgesamt fünf Erreger; die selteneren Keime inclusive Pseudomonas aeruginosa kamen nur bei Harnwegsanomalien vor. Sogenannte Problemkeime, wie beispielsweise Proteus mirabilis und Pseudomonas aeruginosa, spielten vor allem bei pathologischem Harntrakt eine Rolle und präsentierten sich – wie erwartet – zum Teil multiresistent. Die besorgniserregende Entwicklung steigender Resistenzraten für Cotrimoxazol (28 %) und Aminopenicilline (40 %) ließ sich auch in der UKK Würzburg nachweisen. Dabei fiel besonders die extreme Auswirkung von vorangehender antibiotischer Therapie auf, die die Resistenzen bei Aminopenicillinen auf 55 % und bei Cotrimoxazol sogar auf 71-83 % steigerte. Somit können beide Antibiotika nicht mehr als Mittel der ersten Wahl in der UKK Würzburg empfohlen werden. Die beste Wirksamkeit fand sich für Cephalosporine, deren orale Verabreichung beim unkomplizierten und intravenöse Applikation beim komplizierten HWI anzuraten ist. Bei letzterem sollte aufgrund der Enterokokkenwirksamkeit eine Kombination mit Aminopenicillinen in Erwägung gezogen werden. Bei pathologischem Harntrakt bieten sich Aminoglykoside in einer Kombinationstherapie an, beispielsweise zusammen mit Ceftazidim oder Ampicillin. Über Nitrofurantoin konnte leider keine Aussage getroffen werden, da keine diesbezüglichen Testungen vorlagen. Aufgrund der stets fortschreitenden Resistenzentwicklung sollte eine regelmäßige Evaluation der regionalen Keimlage und Resistenzmuster erfolgen.
N2  - The antibiotic treatment of urinary tract infections should happen as fast and effectively as possible. The highest priority here is on the one hand to get rid of the symptoms and on the other hand to avert the threat of long-term damage, particularly on the renal parenchyma. In choosing a suitable antibiotic it is important to know the precise microbiological occurrence and resistance pattern of the patients concerned in order to be able to guarantee the best treatment from the start. Because of local differences we designed this retrospective study to analyze the resistance pattern of uropathogenic germs in the University Children’s Hospital in Würzburg in the period from 1999 to 2004 in order to optimise the therapy of urinary tract infections with treatment recommendations. To this end we turned our attention to the first instance of urinary tract infection. In doing so we extracted 140 children out of a collective of 400 patients. The highest incidence rate was found between the ages of 2 to 6 years, whereas the mean age of the male patients was younger than the female. Children with pathologic urinary tract were included in this study, which circumstance led to the detection even of rare germs. Unchanged in first position appeared Escherichia coli, which was highly resistant to the antibiotics often used in the therapy of acute respiratory diseases. The bacterial spectrum of the healthy urinary tract contained five germs altogether, the rare ones, including Pseudomonas aeruginosa, were only found with pathological urinary tract. The so-called problematic germs, such as Proteus mirabilis and Pseudomonas aeruginosa, were important especially in abnormal urinary tracts. As expected, these germs were to some extent multiresistant. We were able to illustrate the alarming development of growing resistance rates of co-trimoxazole (28 %) and aminopenicillins (40 %) in the UKK Würzburg. Here the extreme effect of previous antibiotic treatment was particularly conspicuous, which caused an increase in the resistance to aminopenicillins to 55 % and of co-trimoxazole to as much as 71-83 %. For this reason we cannot recommend these antibiotics as first line drugs in the UKK Würzburg. The highest potency was found with cephalosporins. We suggest the oral use of these in cases of uncomplicated urinary tract infection and the i.v.-application for complicated ones. In the latter case a combination with aminopenicillins should be taken into consideration because of their efficacy for Enterococcus spp.. Furthermore, the combination with aminoglykosides is advisable in cases of pathological urinary tract, for example with Ceftazidime or Ampicillin. Unfortunately we couldn’t give a statement for Nitrofurantoin because of unavailable tests. Due to constantly progressing resistances a regular re-evaluation of the regional state of germs and their resistance patterns is necessary.
KW  - Harnwegsinfektion
KW  - Kind
KW  - Keimspektrum
KW  - Resistenzmuster
KW  - Erreger
KW  - Antibiotika
KW  - resistance
KW  - urinary tract infection
KW  - childhood
KW  - germs
KW  - antibiotics
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48953
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TY  - THES
A1  - Michel, Antje
T1  - Molekularbiologische Untersuchungen zur Eignung Virulenz-relevanter Faktoren als Zielstrukturen für die Entwicklung neuer Antibiotika gegen Staphylococcus aureus
T1  - Molecular analysis of virulence-relevant factors as targets for the development of new antibiotics
N2  - Staphylococcus aureus ist ein bedeutender opportunistischer Krankheitserreger, der eine Vielzahl von Infektionen in Menschen und Tieren hervorrufen kann. Das Krankheitsbild reicht von leichten Hautinfektionen bis hin zu lebensbedrohlichen Infektionen wie Endokarditis, Sepsis oder Pneumonien. S. aureus ist ein Haupterreger nosokomialer Infektionen. Besonders die Antibiotikaresistenzentwicklung von S. aureus–Stämmen ist problematisch. Als wirksame Antibiotika können zur Zeit oft nur noch Vancomycin, Synercid oder Linezolid zur Therapie eingesetzt werden. Die alarmierende Resistenzentwicklung in S. aureus verdeutlicht, dass die Entwicklung neuer Antibiotika und die Identifizierung neuer bakterieller Angriffsstrukturen dringend erforderlich ist. Gängige antiinfektive Therapeutika sind gegen die bakterielle Zellwandsynthese, den DNA- und RNA-Stoffwechsel oder die Proteinbiosynthese gerichtet. In dieser Arbeit sollten Virulenz-relevante Zielstrukturen für die Entwicklung neuer Antibiotika untersucht werden. Insgesamt wurden sieben Gene analysiert, von denen vier zu Anfang dieser Arbeit in S. aureus noch nicht charakterisiert waren. Die Zielgene (clpP, purH, ssrA und smpB) in S. aureus sollten deletiert werden, um ihre Überlebensnotwendigkeit in vitro- und in vivo zu überprüfen. Eine Deletion gelang bei den Genen clpP und purH, die somit als nicht essenziell in S. aureus zu betrachten sind. Die bereits zuvor als nicht-essenziell charakterisierten Gene arlR, arlS und putP wurden deletiert und die Mutanten dclpP, darlR, darlS, dpurH und dputP wurden phänotypisch in Hinsicht auf ihren Einfluss auf die Pathogenität in S. aureus analysiert. Die differenzielle Genexpression der Mutanten dclpP und darlR wurde mit Hilfe von Microarray-Hybridisierungsexperimenten untersucht. Die ∆clpP-Mutante zeigte einen starken Wachstumsdefekt bei verschiedenen Temperaturen (30, 37, 42°C) und war nicht mehr in der Lage bei 20°C zu wachsen. Ebenso war das Wachstum unter anaeroben Bedingungen stark beeinträchtigt. Der Stamm dclpP wies eine verringerte hämolytische Aktivität sowie eine verminderte Adhärenz an Polystyren auf. Außerdem konnte eine stark erhöhte autolytische Aktivität in einem Triton X-100-Assay beobachtet werden. In einem Invasions-Zellkulturassay mit 293T-Epithelzellen konnte eine ~10-fach erhöhte Invasivität im Vergleich zu dem isogenen Wildtyp festgestellt werden. Die Komplementierung der ∆clpP-Mutante durch Einführung eines clpP-Expressionsvektors führte nahezu bei allen getesteten Bedingungen zur Wiederherstellung des wildtypischen Phänotyps. Die Transkriptomanalyse der dclpP-Mutante ergab eine deutliche Veränderung in der Genexpression (15 % aller Gene). Eine computerunterstützte Analyse der Upstreambereiche der deregulierten Gene führte zu der Identifizierung verschiedener Regulons, die bei der bakteriellen Antwort auf verschiedene Stressbedingungen eine Rolle spielen. Die clpP-Deletion betrifft besonders Regulatoren, deren Aktivität in Abhängigkeit zu veränderten Redox-Bedingungen reguliert wird, wie z. B. verschiedenen Stressbedingungen und Anaerobiose. Die Konstruktion der darlR- und darlS-Mutanten führte zu einer gesteigerten hämolytischen Aktivität, einer erhöhten Adhärenz an Polystyren sowie einer erhöhten autolytischen Aktivität in Triton X-100-Assays. Die Internalisierungsrate durch 293T-Epithelzellen war vermindert. Die darlR-Mutante wurde in einem Katheter-assoziierten Infektionsmodell in Ratten eingesetzt. Die kompetitive Infektion mit Mutante und Wildtyp ergab einen deutlichen Nachteil bei der Etablierung einer Infektion durch die Mutante. Die Transkriptomanalyse der 8325darlR-Mutante in der exponenziellen und in der stationären Phase unterstreicht den großen Einfluss des ArlRS-Zwei-Komponenten-Systems auf die Regulation der Genexpression in S. aureus. In der exponenziellen Phase wurden insgesamt 5 % und in der stationären Phase 15 % der Gene differenziell exprimiert. dpurH- und dputP-Mutanten wiesen in vitro keine Veränderungen im Wachstums-verhalten, der Biofilmbildung oder hämolytischen Aktivität auf. In einem Infektionsmodell in Ratten führte die Deletion von purH in dem S. aureus-Stamm MA12 zu einer signifikanten Verminderung der Virulenz. Die Herstellung von smpB- und ssrA-Deletionsmutanten verlief ohne Erfolg. Es wurde versucht, einen direkten Nachweis für den essenziellen Charakter dieser Gene durch den Einsatz konditional letaler Expressionssysteme zu erbringen. Weder der Austausch des wildtypischen durch einen regulierbaren Promotor noch eine Antisense-RNA-Strategie war für eine eindeutige Klärung dieser Frage ausreichend. Es konnte durch diese Arbeit jedoch gezeigt werden, dass die Antisense-RNA-Strategie eine Beeinträchtigung des Wachstums von S. aureus bewirkt.
N2  - Staphylococcus aureus is an important opportunistic pathogen that can cause a wide range of diseases in humans and animals. The outcome of an infection can range from mild skin infections to life-threatening infections, like endocarditis, bacteraemia and pneumonia. Currently, methicillin-resistant S. aureus strains (MRSA) that have acquired numerous additional resistances towards several antibiotics have established in the hospital-setting. Therefore, the treatment of hospital-acquired infections with S. aureus in a rising number of patients is becoming increasingly complicated. The remaining effective antibiotics to treat infections with multi-resistant MRSA are vancomycin, synercid, and linezolid. However, MRSA isolates with intermediate and high resistance towards vancomycin have been described recently, as well as synercid- and linezolid-resistant strains. The emergence and spreading of multi-resistant S. aureus is alarming and emphasises the need to develop new antibiotics. Currently, well-established therapeutics targeting processes of cell wall biosynthesis, DNA and RNA metabolism, and protein biosynthesis. This study comprises the investigation of putative targets of novel antibiotics. Therefore, seven target genes were selected and functionally characterised in vitro and in vivo. Four of these genes have not been characterised in S. aureus at the beginnig of this study. A deletion mutagenesis approach for these genes (clpP, purH, ssrA and smpB) should provide an indication of their essientiallity for the organism. clpP and purH could be successfully inactivated, supporting their non-essential role in S. aureus. The non-essential genes arlR, arlS and putP were inactivated and different phenotypic studies of the S. aureus deletion mutants ∆clpP, ∆arlR, ∆arlS, ∆purH and ∆putP were performed. Whole genome microarray analysis was applied on ∆clpP and ∆arlR mutants to study the manifold transcriptional changes by the inactivation of these two regulators in S. aureus. The growth rate of ∆clpP was strongly reduced at different temperatures (30°C, 37°C, 42°C) and completely inhibited at 20°C. Growth was highly impaired under anaerobic conditions. Moreover, ClpP deficiency resulted in a reduced hemolytic activity and diminished adherence to polystyren as well as a strongly enhanced autolytic activity. The invasiveness of ∆clpP was significantly elevated (~10-fold) compared to the isogenic wildtype as shown in an invasion assay with the 293T epithelial cell line. All these effects could be successfully reverted by complementation of the mutant strain with a vector expressing the native clpP sequence. The microarray analysis of ∆clpP revaeled a strong shift of the bacterial transcriptome (15 % of all genes were differentially regulated). Especially regulators and genes which reply to varying redox conditions, for example as a result of different stresses or anaerobiosis, were shown to be affected at the transcriptional level. Deletion mutants of the virulence-associated two component system genes arlR and arlS caused a higher hemolytical activity, enhanced adherence to polystyrene and an enhanced autolytic activity in a Triton X-100 assay. Furthermore, internalisation of arlRS bacteria by 293T epithelial cells was diminished, and ∆arlR was significantly less infectious than the wildtype in a catheter-related infection model in rats. The microarray analysis of ∆arlR in the exponential and stationary growth phase revealed a strong influence of the ArlRS-system on gene expression in S. aureus. In the exponential phase a total of 5 %, and in the stationary phase 15 % of all genes were differentially regulated. ∆purH and ∆putP showed no alterations of growth, biofilm formation or hemolytic properties compared to the wild type strain. Inactivation of purH, however, caused a significant attenuation of S. aureus MA12 in a rat-infection model. Since the construction of ssrA and smpB deletion mutants have failed, conditional lethal expression systems should be utilised to address the question of essentiality of these genes. It could be shown by this study that neither the genetic exchange of the wildtype promoter with an in vitro adjustable promoter nor an antisense RNA-based approach were sufficient to clearify the status of ssrA and smpB as essential genes in S. aureus. Importantly, the expression of antisense RNAs for both genes resulted in a growth defect of S. aureus
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Antibiotikum
KW  - Virulenz
KW  - Transkriptom
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Antibiotikum
KW  - Virulenz
KW  - Transkriptom
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - antibiotics
KW  - virulence
KW  - transcriptome
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15128
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TY  - THES
A1  - Heinze, Andreas
T1  - Bestimmung des Ausmaßes der Proteinbindung von Arzneistoffen mittels automatisierter kontinuierlicher Ultrafiltration
T1  - Determination of the extent of the protein binding of drugs by means of automated continuous ultrafiltration
N2  - Das Ausmaß der Proteinbindung eines Arzneistoffs hat Auswirkungen auf eine Vielzahl pharmakokinetischer Parameter wie z.B. das Verteilungsvolumen, die Metabolisierung oder Ausscheidung. Da nur der freie, ungebundene Anteil eines Arzneistoffs durch bio-logische Membranen diffundieren kann, ist dieser direkt für die pharmakologische Wirkung verantwortlich. Lediglich diese ungebundenen und damit frei beweglichen Arzneistoffmoleküle sind also in der Lage, an Rezeptoren zu binden und damit einen Effekt auszulösen. Je größer der ungebundene Anteil eines Arzneistoffs ist, desto größer kann auch der Effekt sein, den er zu bewirken vermag. Wird nun diese freie Konzentration verändert, so kann sich demzufolge die Wirkintensität des Arzneistoffs verändern. Daraus folgt, dass die Kenntnis über die Proteinbindung speziell für die Dosisfindung eines Arzneistoffs unerlässlich ist. Diese Zusammenhänge veranschaulichen, welche Bedeutung das Ausmaß der Proteinbindung eines Arzneistoffs hat. Für die Bestimmung der Proteinbindung existiert eine Vielzahl von Methoden. Neben der klassischen Gleichgewichtsdialyse werden vor allem Ultrafiltrationstechniken angewendet. Neuere Verfahren stellen verschiedenste kapillarelektrophoretische Methoden dar. Allen Verfahren ist gemein, dass es sich um In-vitro-Methoden handelt. Als einzige In-vivo-Methode hat sich die Mikrodialyse etabliert. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Bestimmungsmethode für das Ausmaß der Proteinbindungen stellt eine kontinuierliche Variante der Ultrafiltration dar. Mit Hilfe des in dieser Arbeit beschriebenen Verfahrens ist es im möglich, mit einem einzigen Experiment Proteinbindungen über einen großen Bereich verschiedener Arzneistoff-Protein-Verhältnisse zu berechnen. Dadurch wird die Bestimmung schneller und auch kostengünstiger. Zusätzlich wurde dieses Verfahren teilweise automatisiert, d.h. die Versuche werden programmgesteuert durchgeführt und ein manuelles Eingreifen ist nur noch an wenigen Stellen eines Versuches notwendig. Die Messanlage zur kontinuierlichen Ultrafiltration wurde nach dem Vorbild der Anlage von Oehlmann aufgebaut und im Zuge dessen fortentwickelt. Herzstück ist die Messzelle aus Plexiglas. Sie besteht aus einem Ober- und einem Unterteil. In diesem befindet sich eine Vertiefung für die Rührscheibe. Beim Zusammenbau werden zwischen die beiden Teile die Filterunterstützung und eine Ultrafiltrationsmembran gelegt. Die Ultrafiltrationsmembran hält hierbei aufgrund ihrer Trenngrenze die Proteinmoleküle in der Messzelle zurück und lässt nur freie Arzneistoffmoleküle durch. Ein Dichtungsring sorgt dafür, dass die Zelle, nachdem sie in einem Gestell fixiert wurde, nach außen hin dicht abschließt. Während eines Versuches werden abwechselnd Arzneistofflösung und reine Pufferlösung durch die Messzelle gepumpt. Am Auslass der Ultrafiltrationszelle wird die Absorption gemessen, die zu Absorptions-Zeit-Diagrammen führen. Wird nun der gleiche Versuch durchgeführt, nachdem eine Proteinlösung in die Messzelle injiziert wurde, verschiebt sich diese Kurve aufgrund der Wechselwirkung zwischen Arzneistoff und Proteinlösung nach rechts. Die Fläche zwischen diesen beiden Kurven kann als Maß für die Proteinbindung herangezogen werden. Für die Auswertung der Versuche wird aus den Messdaten errechnet, wie viel Arzneistoff sich zu jedem Zeitpunkt des Versuchs in der Messzelle befunden hat und wie viel ungebunden vorlag und damit am Detektor messbar ist. Da die Konzentration an Arzneistoff in der Messzelle im Laufe eines Versuches kontinuierlich gesteigert wird, erhält man Bindungsdaten über einen weiten Bereich von Arzneistoff-Protein-Verhältnissen. In dieser Arbeit wurden sowohl Versuche mit Rinderserumalbumin (BSA) als auch mit humanem Serumalbumin (HSA) durchgeführt. Die Standardabweichungen der bestimmten Proteinbindungswerte steigen mit fallender Proteinbindung. Damit sind sie nach außen hin neutral und ihre Löslichkeit sinkt. Wie die Ergebnisse zeigen, konnte dennoch das Ausmaß der Proteinbindung für eine Reihe von Fluorochinolonen bestimmt werden. Zusätzlich wurden mit dem Oxazolidinon Linezolid und dem Ketolid Telithromycin weitere Antibiotika vermessen. Die Proteinbindungen aller untersuchten Arzneistoffe gegenüber HSA stimmen mit Daten aus der Literatur überein. Wie bereits erwähnt lassen sich hierbei kleine Abweichungen sowohl mit unterschiedlichen Bestimmungsmethoden als auch mit verschiedenen eingesetzten Proteinen erklären. Die Literaturdaten geben meist die Plasmaproteinbindung eines Arzneistoffes wider und die Messungen in der vorliegenden Arbeit wurden allesamt mit Albumin, sei es vom Mensch oder Rind, durchgeführt. Da jedoch neben dem Albumin auch noch weitere Bestandteile des Plasmas mit den Arzneistoffmolekülen wechselwirken können, sind unterschiedliche Proteinbindungen zu erwarten.
N2  - The extent of the protein binding of drugs influences many pharmacokinetic parameters such as the volume of distribution, the metabolism or excretion of a drug. Only the free and unbound fraction of a drug is capable to penetrate biological membranes and as a result, only this fraction is responsible for the pharmacological effect. Just these unbound and therefore mobile drug molecules are able to bind to receptors and cause a certain effect. The larger the free fraction of a drug, the stronger the effect which can be expected. Changes of the concentration of the free drug likely affect the intensity of the pharmacological response. Therefore, the knowledge about the extent of the protein binding is especially important for the finding of the dosage of a drug. All these points demonstrate the importance of the extent of the protein binding for a drug. There are many methods available for the determination of the extent of the protein binding. Besides the classical method of equilibrium dialysis, mainly ultrafiltration techniques are used. Among the new methods are various capillary electrophoretic methods. All methods have in common that they represent in-vitro methods. Only microdialysis has been established as an in-vivo method. Comparing binding data achieved by different methods is difficult because these data often vary a lot. The aim is to develop a method which measures under almost physiological conditions and which allows a fast and easy determination of the protein binding of a drug so that many experiments being carried out with a similar method can be compared. The method for the determination of the extent of the protein binding of drugs developed in this work utilizes continuous ultrafiltration. Using the method described in this work, with one single experiment protein binding data can be calculated over a wide range of drug-protein ratios. Therefore, the determination is faster and even cheaper. Additionally, this method was automated which means that experiments are mostly done by computer and a manual intervention is only necessary at a few points. The measuring system for continuous ultrafiltration is build up according to Oehlmann and was further developed. The heart of the system is the ultrafiltration cell made of acrylic glass. It consists of two parts, a bottom and a top part. The bottom part has a dent for the stirrer. In assembled state, a filter support and an ultrafiltration membrane is put between the two parts. The ultrafiltration membrane keeps the protein molecules inside the ultrafiltration cell due to its molecular weight cut-off. Only unbound drug molecules can pass the membrane. A gasket seals the cell when it is fixed tightly in a frame. During the steps of an experiment, a drug-buffer solution and a pure buffer solution are pumped alternatively through the cell. The absorbance is measured at the outlet side and absorbance-time curves are obtained. Repeating this experiment after injection of protein solution into the cell, gives a curve which is moved to the right due to the interaction between drug and protein. The area between both curves represents the degree of the extent of the protein binding. For evaluation of the data, the amount of drug in the cell and the amount of the detected unbound drug at every single time point is calculated. Since the concentration of the drug in the ultrafiltration cell is continuously increased throughout the experiment, binding data over a wide range of drug/protein ratios are calculated. During this work, measurements using bovine and human serum albumin were performed. Zlotos et al.42 and Oehlmann95 already showed that the determination of drugs with a high extent of the protein binding was easier than the determination of drugs with lower extents of protein binding. The standard deviations of the data increase with decreasing protein binding. Furthermore, the solubility of the drugs should be high enough. The difficulties in the experiments with some fluoroquinolones occur because they are zwitterionic under physiological conditions, thus they are neutral and their solubility is low. However, as the data shows, the extent of the protein binding of some fluoroquinolones could be determined. Additionally, more antibiotics including the new oxazolidinone linezolid and the macrolide telithromycin were determined. The protein binding of all examined drugs measured with HSA was in accordance to literature data. As described earlier, slight differences in the results may result from different methods or different proteins. In literature, mostly the binding towards human plasma is given and the experiments in this work were performed with human or bovine albumin. Apart from albumin, also other molecules of the plasma can interact with drug molecules and can therefore contribute to the whole binding constant. Therefore, different data could be easily expected.
KW  - Proteinbindung
KW  - Ultrafiltration
KW  - Chinolone
KW  - Antibiotika
KW  - protein binding
KW  - ultrafiltration
KW  - quinolones
KW  - antibiotics
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11277
ER  - 
TY  - THES
A1  - Deffner, Christian
T1  - Calciumphoshatzemente als Antibiotika-freisetzende Knochenersatzwerkstoffe
T1  - Calcium phosphate bone cements as antibiotica releasing bone substitute materials
N2  - Calciumphosphatzemente, die aus den Edukten TTCP und DCPD hergestellt wurden, können nicht ohne weiteres mit Clindamycinhydrochlorid, Gentamicinsulfat und Vancomycinhydrochlorid kombiniert werden, ohne daß die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Zementmischungen verändert werden. Bei der Kombination mit Amoxicillinnatrium und Clavulansäurekalium verändern sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften sowohl des Zementes als auch der Antibiotika nicht gravierend. Während des Abbindevorgangs reagiert TTCP mit Wasser teilweise zu stark basischem Calciumoxid. Dies führt einerseits zu einer Freisetzung von Chlor- und Sulfat-Ionen, andererseits zur Bildung der freien Base des gelösten Antibiotikums. Die freigesetzten Ionen nehmen Einfluß auf das Zeta-Potential der Partikeloberflächen und verändern so die rheologischen Eigenschaften der Zemente. Sie werden in den präzipitierenden Hydroxylapatit eingebaut und verschlechtern hierdurch die mechanische Stabilität der abgebundenen Zemente. Die hierbei auftretenden Porositäten verhindern eine langsame Abgabe der Wirkstoffe, es kommt zu einem hohen initialen Freisetzen (Burst). Durch die Umwandlung der Salze in die freie Base aufgrund des basischen Reaktionsumfeldes steht nicht die gesamte Menge der enthaltenen Antibiotika für die Diffusion aus dem Zement zur Verfügung. Die noch im Zement enthaltene Restmenge kann bei einer pH-Wert-Änderung beispielsweise aufgrund einer Entzündung und des hierbei sauren Gewebe-pH-Werts unkontrolliert freigesetzt werden. In weiterführenden Untersuchungen muß versucht werden, die gegenseitige Beeinflussung von CPC und Pharmakon zu vermeiden. Dies kann mit Hilfe von Wirkstoff-beladenen, biodegradierbaren PLGA-Mikropartikeln erreicht werden. Ferner muß die antimikrobielle Wirksamkeit auf die Zielorganismen und die Biokompatibilität von derartigen neuen Depotsystemen in vivo untersucht werden, um die klinische Anwendbarkeit des Verfahrens zu überprüfen.
N2  - Calciumphosphate bone cements made of TTCP and DCPA can not easily be combined with antibiotics. The combination with clindamycin, amoxicillin, gentamicin and vancomycin increases mechnical stability and physical parameters as setting time, pH and the rheological properties of the mixtures. Porosities in the setted cements lead to an uncontrolled initial burst of the antibiotics. A controlled delivery of antibiotics is not possible within this system, therefor the antibiotics have to be encapsuled in degreadable microspheres as PLGA.
KW  - Calciumphosphatzemente
KW  - Antibiotika
KW  - Depotsystem
KW  - Tetracalciumphosphat
KW  - Dicalciumphosphatanhydrid
KW  - calciumphosphate cements
KW  - antibiotics
KW  - drug-delivery-system
KW  - tetracalciumphosphate
KW  - dicalciumphosphate-anhydride
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14063
ER  - 
TY  - THES
A1  - Birnmeyer, Christian
T1  - Die perioperative Kinetik pro- und kontrainflammatorischer Serumparameter durch eine Antibiotika-induzierte Endotoxinämie bei kolorektalen Operationen
T1  - Perioperative alterations of pro- and antiinflammatory parameters in serum as a result of antibiotica-induced endotoxinemia in colorectal surgery
N2  - Von Juli 1995 bis August 1999 konnten 34 Patienten/innen der chirurgischen Universitätsklinik Würzburg, die entweder an einem Rektumkarzinom oder einem Karzinom des rekto-sigmoidalen Übergangs erkrankt waren, in diese prospektive, offene und kontrollierte Studie eingeschlossen werden. Ziel der Untersuchungen dieser Arbeit war die Dokumentation perioperativer Verläufe von pro- und kontrainflammatorischen Serumparametern und die Darstellung der antibiotikainduzierten Endotoxinämie in vivo. Kolorektale Eingriffe bieten sich an, da sich hier in den letzten Jahren aufgrund des dort herrschenden Keimreservoirs die prophylaktische Gabe von Antibiotika als Standardmaßnahme durchgesetzt hat. Bei diesen Patientengruppen ist ein standardisiertes präoperatives Regime bei der Operationsvorbereitung gewährleistet. Auch das intraoperative Vorgehen ist bei ausschließlich offenem Operationsverfah-ren standardisiert. Zusätzlich ergibt sich durch das meist in der zweiten Lebenshälfte auftretende Karzinom eine vergleichbare Altersstruktur der Patienten. Es war daher möglich, eine von den Eingangs- und Umgebungsvoraussetzungen reproduzierbare und vergleichbare Personengruppe zu untersuchen. Ziel war es nun, mit in Vorversuchen erprobten Untersuchungsintervallen die perioperativen Verläufe der ausgewählten Parameter zu dokumentieren. Die klinische Relevanz der Untersuchungen stellt die Erfassung und Früherkennung infektiöser postoperativer Komplikationen dar. Dazu wurden entsprechende pro- und kontrainflammatorische Untersuchungsparameter ausgewählt. Dabei wurden klassische und klinisch erprobte Kontrollwerte, wie Leukozytenzahl, Körpertemperatur, C-reaktivem Protein und Procalcitonin, und bis jetzt vornehmlich experimentell verwendete Indikatoren, wie Plasma-Endotoxin, Tumornekrosefaktor α und Interleukin 10, betrachtet. Ein zweites Untersuchungsziel war der in-vivo-Vergleich unterschiedlicher zur medikamentösen Antibiotikaprophylaxe zugelassener Präparate. Bei chirurgischen Intensivpatienten konnte bereits bei verschiedenen Antibiotika eine differenzierte Endotoxinfreisetzung und eine Sekretion proinflammatorischer Zytokine nachgewiesen werden. Bei Patienten in kritischem Allgemeinzustand bei geschwächter Immunabwehr könnte die unterschiedliche Freisetzung von Zytokinen bei verschiedenen Antibiotika von entscheidender Bedeutung sein. In dieser Arbeit wurden die in unserer Klinik routinemäßig verwendete Kombination aus Cefotiam und Metronidazol gegen zwei Vertreter aus der Gruppe der Chinolone getestet. Die Eignung der untersuchten Parameter zur Früherkennung von postoperativen Komplikationen lässt sich aufgrund der hier vorgestellten Ergebnisse nicht beantworten. Dazu müssen weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um zu zeigen, wie sich die einzelnen Parameter im Fall komplizierter klinischer Verläufe verhalten. Nötig sind breiter angelegte Studien mit größeren Fallzahlen unter Einbeziehung komplikationsbehafteter Fälle. Ganz deutlich wird aufgrund dieser Arbeit aber, dass für Endotoxin als Früherkennungsparameter die differenzierte Auswahl des applizierten Antibiotikums für die spätere Aussagekraft eine entscheidende Rolle spielt. Aus heutiger Sicht ist zur Einschätzung der Aussagekraft der LPS-Plasmakonzentration aufgrund großer interindividueller Schwankungsbreiten des Endotoxinspiegels eine Verlaufskontrolle mit einem personenspezifischen Ausgangswert zu empfehlen.
N2  - Between July 1995 and August 1999 34 patients with rectal or recto-sigmoidal carcinoma hospitalized in the surgical department of the university of Würzburg were included in an open prospective controlled study. The purpose of this study was the documentation of perioperative alterations in serum levels of pro- and antiinflammatory parameters and the quantification of antibiotic therapy associated endotoxinemia in vivo. Patients undergoing colorectal surgery were selected, because in these patients the prophylactic use of antibiotics has become a clinical standard due to the physiological contamination of the gastrointestinal tract. Therefore, standardized preoperative regimens are well established for this patient collective. In addition the surgical procedures during the non-endoscopically performed interventions can also be considered standardized. Due to the age dependent prevalence of recto-sigmoidal malignancies a homologous age structure in the experimental and control groups could be achieved. For the included patients, perioperative alterations of selected parameters were documented in previously established time intervals. In addition, infectious postoperative complications were documented to address a correlation with serum parameters including classical parameters (leukocyte count, body temperature, C-reactive protein, procalcitonine) as well as novel and experimental parameters (plasma-endotoxin, tumor necrosis factor alpha, interleukin 10). A second aim of this study was the in vivo comparison of different antibiotics licensed for preoperative prophylaxis. Previously, differential levels of endotoxin release and secretion of proinflammatory cytokines in surgical intensive care patients depending on the antibiotic treatment have been documented. In critically ill patients with impaired immune status, the induction of cytokines by antibiotics might be of significant impact. In this study, a combination of cefotiam and metronidazole, which is routinely used for prophylaxis in the surgical department in Würzburg, was tested against two chinolones. The relevance of single parameters for predicition of postoperative complications could not be sufficiently determined within this study. Further investigations are warranted to assess the value of these parameters in more complex clinical situations. In addition, the number of included patients has to be enlarged and clinical cases with complications need to be included in future studies. It could however be shown, that the choice of preoperative antibiotic therapy is essential for the relevance of plasma endotoxin as an early parameter for postoperative complications. Furthermore, due to high inter-individual differences in plasma lipopolysaccharide concentrations, monitoring of LPS levels can only be used on an individual basis with basal levels determined for each patient.
KW  - Antibiotika
KW  - Endotoxinämie
KW  - perioperative Kinetik
KW  - kolorektale Chirurgie
KW  - antibiotics
KW  - endotoxinemia
KW  - perioperative alterations
KW  - colorectal surgery
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17377
ER  -