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Die Studie diente der retrospektiven Untersuchung des Ausbruches von Mp-Infektionen in Ebrach, Franken, der von Oktober des Jahres 2000 bis Februar 2001 andauerte. Ziel war es, die epidemiologischen Charakteristika, also Informationen zu Verteilung und Ausbreitungsweisen der Erkrankung, aber auch zu Symptomen und Befunden, Manifestationsformen und Komplikationen, Therapie und Diagnostik zu erhalten. Darüber hinaus sollten Erkenntnisse zu Patienten mit Mykoplasmeninfektionen, die in den Jahren 2000 bis 2003 in der Universitätskinderklinik Würzburg behandelt wurden, gewonnen und mit Daten der Patienten aus Ebrach verglichen werden. In Ebrach bestand bei 177 Patienten der Verdacht einer akuten Mykoplasmeninfektion. Ausgehend von einer dritten Grundschulklasse, die einige Tage geschlossen werden musste, da innerhalb von 16 Tagen 9 Schüler an einer Pneumonie und 3 Schüler an einer Bronchitis erkrankt waren, hatte sich die Infektion auf insgesamt 78 Personen, vor allem Familienmitglieder, aber auch Nachbarn und Freunde der betroffenen Schüler ausgebreitet. Die meisten Patienten klagten über Husten und Fieber. In erster Linie traten Entzündungen des unteren Respirationstraktes (50% Bronchitiden, 38,5% Pneumonien) auf. Bei 9 Patienten wurde ein Exanthem beobachtet. Eine Patientin musste wegen eines Guillain-Barré-Syndroms in der neurologischen Abteilung der Universitätsklinik Würzburg behandelt werden. In den Jahren 2000 bis 2003 bestand bei 125 Patienten der Universitätskinderklinik Würzburg der Verdacht auf Vorliegen einer Mp-Infektion. Bestätigt wurde dieser in 43 Fällen. Die Patienten waren zwischen 3 und 16 Jahre alt. Insgesamt waren etwas mehr Jungen betroffen, Komplikationen traten deutlich häufiger bei Mädchen auf. Die Patienten, die einer stationären Behandlung bedurften, wiesen schwerere Erkrankungsverläufe oder seltenere Manifestationsformen auf (65% Pneumonien, 34% Komplikationen). So wurden unter anderem 6 Patienten mit Mykoplasmen-assoziierter Fazialisparese, 4 Patienten mit Meningitis und jeweils ein Patient mit Enzephalitis, Trochlearisparese, Vestibularisausfall, Hörverlust, Perimyokarditis und Uveitis anterior und nephrotischem Syndrom beobachtet. Pathognomonische Befunde konnten weder unter den Ebracher Patienten noch in der Kinderklinik ausgemacht werden. Vielmehr spricht die Konstellation bestimmter Symptome und Untersuchungsergebnisse wie Husten, Fieber, relativ guter Allgemeinzustand bei radiologischem Pneumonienachweis oder Differenz der Blutsenkungsreaktion bei Raumtemperatur und 4°C für das Vorliegen einer Mykoplasmeninfektion. Eine deutliche Erhöhung der Inzidenz von Mykoplasmeninfektionen in der Kinderklinik im Zeitraum des Ausbruches von Ebrach war nicht zu verzeichnen. Dass Schüler als Überträger der Infektion in Familien und unter Spielkameraden fungieren, war bekannt, die Ausbreitung der Erkrankung innerhalb des Klassenzimmers ist jedoch selten in diesem Ausmaß beobachtet worden und verdient weitere Untersuchungen. Festzuhalten bleibt also, dass bei der Diagnose einer Mykoplasmeninfektion mittels serologischer Methoden mit einer verzögerten Immunantwort zu rechnen ist und deshalb häufig ein Direktnachweis der Erreger mittels PCR notwendig wird. Darüber hinaus ist die Bestimmung der Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit bei Raum- und Kühlschranktemperatur ein einfaches Mittel, welches aber diagnostisch zusätzlich wichtige Hinweise auf eine Infektion mit Mycoplasma pneumoniae liefern kann. Im Gegensatz dazu erbringt die klinische Untersuchung häufig keine aussagekräftigen, diagnostisch weiterführenden Ergebnisse. Wichtig bezüglich der Therapie ist die frühzeitige und ausreichend lange (10 bis 14 Tage) Gabe von gegen Mykoplasmen wirksamen Antibiotika wie vor allem Makrolid-Antibiotika.
The holy grail of structural biology is to study a protein in situ, and this goal has been fast approaching since the resolution revolution and the achievement of atomic resolution. A cell's interior is not a dilute environment, and proteins have evolved to fold and function as needed in that environment; as such, an investigation of a cellular component should ideally include the full complexity of the cellular environment. Imaging whole cells in three dimensions using electron cryotomography is the best method to accomplish this goal, but it comes with a limitation on sample thickness and produces noisy data unamenable to direct analysis. This thesis establishes a novel workflow to systematically analyse whole-cell electron cryotomography data in three dimensions and to find and identify instances of protein complexes in the data to set up a determination of their structure and identity for success. Mycoplasma pneumoniae is a very small parasitic bacterium with fewer than 700 protein-coding genes, is thin enough and small enough to be imaged in large quantities by electron cryotomography, and can grow directly on the grids used for imaging, making it ideal for exploratory studies in structural proteomics. As part of the workflow, a methodology for training deep-learning-based particle-picking models is established.
As a proof of principle, a dataset of whole-cell Mycoplasma pneumoniae tomograms is used with this workflow to characterize a novel membrane-associated complex observed in the data. Ultimately, 25431 such particles are picked from 353 tomograms and refined to a density map with a resolution of 11 Å. Making good use of orthogonal datasets to filter search space and verify results, structures were predicted for candidate proteins and checked for suitable fit in the density map. In the end, with this approach, nine proteins were found to be part of the complex, which appears to be associated with chaperone activity and interact with translocon machinery.
Visual proteomics refers to the ultimate potential of in situ electron cryotomography: the comprehensive interpretation of tomograms. The workflow presented here is demonstrated to help in reaching that potential.