@phdthesis{Nagel2018,
  author    = {Anna Nagel},
  title     = {Untersuchungen zum Einfluss der Rho-Aktivit{\"a}t auf die Expression SaeRS-abh{\"a}ngiger Virulenzfaktoren in Staphylococcus aureus},
  journal    = {Analysis of the impact of the Rho activity of the expression of SaeRS-dependent virulence factors in Staphylococcus aureus},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-23705},
  pages     = {180},
  year      = {2018},
  abstract  = {Staphylococcus aureus ist ein Gram-positives pathogenes Bakterium, welches bei ca. 30 \% der gesunden Bev{\"o}lkerung zur kommensalen Flora der Nasenschleimhaut geh{\"o}rt. Jedoch z{\"a}hlt S. aureus auch zu den h{\"a}ufigsten Erregern bakterieller Infektionen beim Menschen. Aus diesem Grund wurden S. aureus-St{\"a}mme in zahlreichen Studien untersucht, um die Pathophysiologie und Virulenz der Bakterien sowie die zugrundeliegenden Regulationsmechanismen zu verstehen. Die Expression von Virulenzfaktoren wird direkt oder indirekt durch verschiedene Regulatoren beeinflusst. Zu diesen z{\"a}hlen beispielsweise das Quorum-Sensing-System Agr, der alternative Sigma-Faktor SigB und das Zweikomponentensystem SaeRS. Bei der Regulation der Genexpression spielt neben Mechanismen, die die Transkriptionsinitiation beeinflussen, auch die Transkriptions-termination eine Rolle. Bei Bakterien unterscheidet man zwischen der Rho-unabh{\"a}ngigen und der Rho-abh{\"a}ngigen Transkriptionstermination. In bisherigen Studien wurde die Rolle des Transkriptionsterminationsfaktors Rho in Escherichia coli, Bacillus subtilis und Mycobacterium tuberculosis untersucht. Hierzu z{\"a}hlt unter anderem das Silencing von horizontal erworbenen Genen, die Verhinderung von DNA-Doppelstrangbr{\"u}chen und die Unterdr{\"u}ckung der persistierenden Antisense-Transkripten. Besonders die erh{\"o}hte Antisense-Transkription konnte auch in einer Tiling Array-Studie des S. aureus Wildtypstammes HG001 und einer isogenen Δrho-Mutante ST1258 festgestellt werden. In dieser Transkriptom-Analyse wurden die S. aureus-St{\"a}mme in RPMI- und TSB-Medium in der exponentiellen und station{\"a}ren Wachstumsphase untersucht. Es konnten insgesamt 416 chromosomale Regionen identifiziert werden, deren Transkriptmenge in einer der vier Bedingungen in der Δrho-Mutante im Vergleich zum Wildtyp wenigstens 4-fach erh{\"o}ht waren. Von diesen Regionen lie{\"s}en sich nur 11 \% annotierten Genen zuordnen, w{\"a}hrend eine massive Erh{\"o}hung der Menge solcher Transkripte festgestellt wurde, die vom Gegenstrang kodierender Gene stammen. Ausgehend von diesen Befunden wurde in dieser Studie das zellul{\"a}re und extrazellul{\"a}re Proteom des S. aureus Wildtyps HG001 und der Δrho-Mutante ST1258 verglichen, um die Auswirkungen der Abwesenheit von Rho auf das Proteom zu untersuchen. Dabei lag die Mehrheit der relativ quantifizierten Proteine in erh{\"o}hten Mengen in der Δrho-Mutante im Vergleich zum Wildtyp vor. Viele dieser Proteine konnten dem SaeRS-Zweikomponentensystem von S. aureus zugeordnet werden. In der Proteomanalyse konnten 34 von 39 Proteinen, die durch SaeR reguliert werden, quantifiziert werden. Von diesen wiesen 29 erh{\"o}hte Proteinmengen in der Δrho-Mutante auf. Durch das Sae-System werden Gene reguliert, von denen die meisten f{\"u}r Virulenzfaktoren, wie Adh{\"a}sine, Toxine und immune evasion-Proteine, kodieren. Die Daten der Proteomanalyse zeigen, dass in S. aureus-Zellen, denen die Aktivit{\"a}t von Rho fehlt, das Sae-System aktiviert wird und dadurch die Induktion des SaeR-Regulons zu beobachten ist. Die Relevanz dieser Ergebnisse wurde durch ein in vivo-Infektionsexperiment untersucht. In einem Bakteri{\"a}mie-Modell f{\"u}hrte die Inaktivierung von Rho zu einer signifikant erh{\"o}hten Virulenz von S. aureus, welche sich in einer signifikant reduzierten {\"U}berlebensrate der M{\"a}use {\"a}u{\"s}erte. Zwischen dem Wildtyp und dem Komplementationsstamm konnte kein signifikanter Unterschied in der {\"U}berlebensrate der infizierten M{\"a}use gezeigt werden. Es ist bekannt, dass SaeRS-abh{\"a}ngige Virulenzfaktoren auch f{\"u}r die Invasion in Epithel- und Endothelzellen entscheidend sind. Anhand der Zahl der internalisierten S. aureus-Bakterien nach Infektion von humanen Lungenepithelzellen konnten in dieser Arbeit keine Unterschiede zwischen dem Wildtyp HG001 und ∆rho-Mutante ST1258 im zeitlichen Verlauf festgestellt werden. Dabei konnten weder Unterschiede im {\"U}berleben in 16HBE14o- Zellen noch in der Internalisierungsrate in A549-Zellen zwischen den beiden St{\"a}mmen gezeigt werden. Das Antibiotikum Bicyclomycin ist ein spezifischer Inhibitor des Transkriptionsterminationsfaktors Rho und wird in Studien zur Rho-abh{\"a}ngigen Transkriptionstermination in Gram-negativen Bakterien eingesetzt, da in diesen Rho ein essentielles Protein ist. In Transkriptom- und Proteomanalysen konnten vergleichbare Effekte durch die Behandlung des Wildtyps mit Bicyclomycin wie in der ∆rho-Mutante hervorgerufen werden. Die Antisense-Transkription und die Expression SaeRS-abh{\"a}ngigen Gene waren im Wildtyp nach Gabe von Bicyclomycin deutlich erh{\"o}ht. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung des Sae-Systems unter Rho-defizienten Bedingungen direkt mit der Transkriptionsterminationsaktivit{\"a}t von Rho verbunden ist und eine neue Verbindung zwischen antibiotischer Wirkung und sch{\"a}dlicher Virulenzgenexpression in S. aureus herstellt werden konnte. In anderen Studien konnten Effekte von Antibiotika auf die Expression von Virulenzfaktoren in S. aureus gezeigt werden, jedoch wurden in diesen Studien die Effekte von Anti-Staphylokokken-Wirkstoffen untersucht. Im Gegensatz dazu ist im Fall von Bicyclomycin ein Antibiotikum verwendet worden, das gegen Gram-negative Bakterien wirksam ist und dennoch die Expression von Virulenzfaktoren in S. aureus beeinflusst. Diese Untersuchungen haben damit auch klinische Relevanz, nicht nur f{\"u}r Patienten, die an gemischten Infektionen mit verschiedenen Bakterienarten leiden, sondern auch f{\"u}r Patienten mit einer Gram-negativen bakteriellen Infektion, die jedoch Tr{\"a}ger von S. aureus sind.},
  language  = {de}
}