TY  - THES
A1  - Menzel, Thomas Michael
T1  - Studien zum Wirkungsmechanismus neuer antiinfektiver Bisnaphthalimide gegen Staphylococcus aureus und Transkriptomanalysen zur Auswirkung von Antibiotika auf S. epidermidis
T1  - Mode-of-action studies of novel antiinfective bisnaphthalimides on Staphylococcus aureus and transcriptional analysis of the effect of antibiotics on S. epidermidis
N2  - Die Therapie von bakteriellen Infektionen beruht heutzutage zum Großteil auf dem Einsatz von Antibiotika. Die schnelle Entwicklung und rasche Verbreitung von resistenten Stämmen mancher Erreger gegen diese Antibiotika stellt ein enormes Problem für das Gesundheitswesen dar. Da momentan zur Antibiotikatherapie keine Alternativen bestehen, kommt der Erforschung neuer potenzieller Wirkstoffe eine sehr große Bedeutung zu. In einem Screening-Verfahren lagen die minimalen Hemmkonzentrationen einiger bisquartärer Bisnaphthalimide gegen Staphylococcus aureus und S. epidermidis im Bereich von 0,6 bis 2,5 µg/ml. Die Substanz mit den geringsten minimalen Hemmkonzentrationen war MT02. Daraufhin wurde das Wirkungsspektrum von MT02 gegen Bakterien detaillierter untersucht und gefunden, dass die Substanz vorwiegend gegen Gram-positive Erreger und nicht gegen Gram-negative Bakterien wirksam ist. Zytotoxizitätstests ergaben eine geringe bis nicht nachweisbare Toxizität gegen verschiedene Zelllinien im Bereich von 73 bis mehr als 150 µg/ml. Um die Wirkungsweise von MT02 genauer zu untersuchen wurden zunächst DNA-Microarray-Untersuchungen an S. aureus durchgeführt. Deren Ergebnisse ließen einen Einfluss der Substanz auf viele Gene des DNA-Metabolismus erkennen. Inkorporationsstudien mittels radioaktiver Ganzzellmarkierung bestätigten die Auswirkung von MT02 auf den DNA-Stoffwechsel. Durch kompetitive Inkubation wurde festgestellt, dass MT02 in der Lage ist Ethidiumbromid von DNA zu verdrängen bzw. dessen Bindung zu verhindern. Genauere Untersuchungen mittels Oberflächen-Plasmon-Resonanz ergaben, dass MT02 konzentrationsabhängig, reversibel und sequenzunspezifisch an DNA bindet. Die thermodynamischen Dissoziationskonstanten lagen im Mittel bei ca. 4 x 10-8 mol/l und beschrieben somit eine relativ starke Bindung von MT02 an DNA. Neben diesem primären Wirkungsmechanismus der DNA-Bindung gaben mehrere Befunde Hinweise auf einen sekundären Wirkmechanismus, der die Zellwand-Struktur bzw. Zellwand-Biosynthese beinhaltet. Eine MT02-resistente Mutante von S. aureus HG001 konnte durch vielfaches Passagieren in MT02-haltigem Medium generiert werden. Diese erzeugte bei Wachstum mit hohen Konzentrationen an MT02 einen roten Phänotyp. Die Natur dieses roten Farbstoffes konnte bislang nicht aufgeklärt werden, jedoch gibt es Hinweise, dass dieser auf Abbauprodukte von MT02 zurückzuführen ist. In einem weiteren Projekt wurde mittels Transkriptionsstudien die Auswirkung von verschiedenen bekannten Antibiotika sowie von neuen Wirkstoffen auf das Transkriptom von S. epidermidis untersucht. Die Ergebnisse dieser Studien können durch vergleichende Analysen als Grundlage für die Einordnung des Wirkmechanismus neuer Substanzen dienen.
N2  - The treatment of bacterial infections is nowadays mostly accomplished by the application of antibiotics. However, the rapid development and vast distribution of resistant strains of some pathogens against a variety of antibiotics form an enormous challenge for public health care systems worldwide. As until now there are no applicable alternatives to antibiotic therapy against most pathogens, there is an urgent need for the discovery of new antibacterial substances. Screening several newly synthesized compounds, the minimal inhibitory concentrations of some bisquaternary bisnaphthalimides ranged from 0.6 to 2.5 µg/ml against Staphylococcus aureus and S. epidermidis. Thereof one substance, designated MT02, revealed the lowest minimal inhibitory concentrations of this compound class. Following these susceptibility tests, the antibacterial spectrum of MT02 was determined and revealed a broad spectrum against Gram-positive bacteria but almost no activity against Gram-negative species. In cytotoxicity tests with several cell lines MT02 exhibited low or undetectable toxicity in concentrations ranging from 73 to more than 150 µg/ml. Microarray studies were conducted to further elucidate the mode of action of MT02 against S. aureus. The results suggested that MT02 has an impact on the bacterial DNA-metabolism. To verify this, radioactive whole cell labeling experiments were performed which clearly provided evidence for the inhibition of incorporation of [3H]-thymidine into bacteria by MT02 and thus for an interference of MT02 with DNA-metabolism. Coincubation and gel retardation studies showed that MT02 is able to directly interact with DNA and to displace ethidiumbromide which has intercalated into the DNA before. Surface plasmon resonance experiments pinpointed the binding of MT02 to doublestranded DNA and revealed binding constants in the range of 4 x 10-8 mol/l describing a strong binding affinity of MT02 to DNA. In addition to this primary mode of action, several results suggested a secondary mode of action comprising the structure and / or the biosynthesis of the bacterial cell wall. By passaging S. aureus HG001 in broth with increasing concentrations of MT02, a MT02-resistant mutant could be obtained. This mutant produced a red phenotype when grown with high concentrations of MT02. Studies to determine the nature of this red dye are still in progress. However, first results indicate that the red color is a degradation product of MT02. Another project dealt with the comparative analysis of transcriptomes of S. epidermidis under the influence of antibiotics with known modes of action as well as new active compounds. The results of these studies can be the basis for the assignment of new antibacterial substances to classes of antibiotics with known modes of action.
KW  - MRSA
KW  - Naphthalinderivate
KW  - Quartäre Bisnaphthalimide
KW  - MT02
KW  - Antibiotikum
KW  - MRSA
KW  - Antibiotic
KW  - Quaternary Bisnaphthalimide
KW  - MT02
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56362
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bourdet, Patric
T1  - Entwicklung einer auf Antikörpern basierten Therapie von chirurgischen Infektionen verursacht durch methicillinresistente und -sensible Staphylococcus aureus (MRSA und MSSA)
T1  - Development of an antibody based therapy of surgical infections caused by methicillinresistant and -sensitive Staphylococcus aureus (MRSA and MSSA)
N2  - Staphylococcus aureus ist einer der häufigsten Erreger von nosokomialen Infektionen. Diese grampositiven Bakterien verursachen neben harmlosen oberflächlichen Hautinfektionen auch lebensbedrohliche Systeminfektionen. Ein großes Problem in der Therapie von S. aureus-Infektionen stellen die zunehmenden Multiresistenzen dar. Die Entwicklung neuer Antibiotika wird zukünftig wahrscheinlich nicht ausreichen, da immer wieder neue Resistenzen der Bakterien zu erwarten sind. Es besteht daher dringender Bedarf an der Entwicklung alternativer Therapieformen im Kampf gegen multiresistente Problemkeime wie S. aureus. Eine Möglichkeit besteht in der Immuntherapie, zum Beispiel durch Gewinnung von monoklonalen Antikörpern gegen geeignete Targetstrukturen von S. aureus. Ziel dieser Arbeit war es, zunächst zwei Proteine IsaA und IsaB herzustellen, um diese Proteine für Immunisierungsstudien zu nutzen. Zunächst wurde das gereinigte IsaA-Protein verwendet, um ein Kaninchen zu immunisieren. Mit den daraus gewonnenen Antikörpern wurden dann erste Tierversuche begonnen, um die Bedingungen für den therapeutischen Einatz von gegen IsaA-gerichteten Antikörpern zu ermitteln und die Wirksamkeit einer Antikörper-Behandlung zu evaluieren. Für die Herstellung der gewünschten Proteine wurden die Gensequenzen zunächst aus verschiedenen S. aureus-Stämmen mittels PCR amplifiziert und in den kommerziellen Expressionsvektor pQE30 kloniert. Die amplifizierte Gensequenz stammt aus den klinischen Stämmen 418 (IsaA) bzw. 134 (IsaB). Nach der Klonierung wurden geeignete Expressions- und Reinigungsstrategien entwickelt. Dabei wurden folgende Bedingungen als optimal für Wachstum und Überexpression herausgearbeitet: IsaA: Induktion der Überexpression mit 100 µM IPTG, 3 h Wachstum bei 37°C. IsaB: Induktion der Überexpression mit 100 µM IPTG, 4 h Wachstum bei 37°C. Es stellte sich auch heraus, dass IsaA zunächst in nur unzureichender Quantität vorhanden bzw. exprimiert worden war. Die Vermutung, dass IsaA überwiegend im Pellet in sogenannten Einschlusskörpern (inclusion bodies) eingeschlossen war, erklärte dieses Phänomen. Das Protein konnte erfolgreich aus dem Pellet isoliert werden. Die Produktion und Aufreinigung beider Proteine IsaA und IsaB unter optimierten Bedingungen ergab, dass beide Proteine nun in ausreichender Menge und Konzentration für die folgende Immunisierung und die weiteren Arbeiten vorlagen. Aus Kaninchen, die mit IsaA immunisiert wurden, konnten polyklonale Antikörper gewonnen werden, die die Grundlage für einen ersten Tierversuch mit 24 Ratten bildeten. Hierbei zeigte sich, dass die Tiere, die mit 1.000.000.000 Bakterien infiziert worden waren deutlich stärkere Infektionszeichen aufwiesen als diejenigen, die mit 100.000.000 Bakterien infiziert worden waren. Weiterhin wurde deutlich, dass die Tiere, die Serum (mit Antikörper gegen IsaA) erhalten hatten, gegenüber den Vergleichstieren mit Placebo einen deutlichen Vorteil hinsichtlich Infektionszeichen und Immunantwort hatten. Somit belegen die tierexperimentiellen Ergebnisse in dieser Arbeit erstmalig den therapeutischen Nutzen von Antikörpern gegen IsaA. IsaA ist demnach ein geeignetes Target für eine Immuntherapie gegen S. aureus.
N2  - Staphylococcus aureus is one of the most common pathogens of nosocomial infections. These grampositive bacteria not only cause harmless superficial skin infections but also life threatening systemic infections. A huge problem in therapy of S. aureus infections is the increasing rate of multiresistance. The development of new antibiotics will probably not be sufficient in the future because new resistance in bacteria is to expect. Therefore there is urgent need for alternative therapies fighting multiresistant bacteria such as S. aureus. One approach is immunotherapy, e.g. by production of monoclonal antibodies against adequate targets of S. aureus. The purpose of this paper was to produce two proteins, IsaA and IsaB, to use these for immunisation studies. First purified IsaA was used to immunise a rabbit. The extracted antibodies were used for early animal experiments to evaluate conditions for the therapeutic use and efficiency of antibodies against IsaA. For production of the wanted proteins gene sequences from various S. aureus strains were amplified by PCR and cloned into pQE30, a commercial expression vector. The amplified gene sequences come from strain 418 (IsaA) and strain 134 (IsaB). After cloning appropriate conditions for expression and purifiing were elaborated: IsaA: induction of overexpression with 100 µM IPTG, 3 h growth at 37°C. IsaB: induction of overexpression with 100 µM IPTG, 4 h growth at 37°C. First IsaA emerged to be present respectively expressed of low quantity only. The presumption that IsaA was predominantly enclosed in so called inclusion bodies explained this phenomenon. The protein could successfully isolated from the pellet. Production and purification of both proteins IsaA and IsaB under optimised conditions led to sufficient quantitiy and concentration for the immunisation following and further research. From a rabbit, immunised with IsaA, polyclonal antibodies were obtained and provided a basis for the first animal experiment with 24 rats. It showed that animals infected with 1.000.000.000 bacteria had considerably more signs of infection than those infected with 100.000.000 bacteria. It could also be shown that animals treated with serum (with antibodies against IsaA) had clear advantage regarding signs of infections and immune response compared to those animals treated with placebo. These results of the animal experiment document the therapeutic benefit of antibodies against IsaA for the first time. Therefore IsaA is an adequate target for immunotherapy against S. aureus.
KW  - MRSA
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Immuntherapie
KW  - Antikörper
KW  - Infektion
KW  - Target
KW  - IsaA
KW  - IsaB
KW  - IsaA
KW  - IsaB
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56199
ER  -