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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001211-6

A physiological proteomic approach to address infection-related issues of Gram-positive bacteria

  • Trotz der vielen wissenschaftlichen Fortschritten sind Infektionskrankheiten auch heute noch die Haupttodesursache weltweit. Sie haben nicht nur heute, sondern werden auch in der Zukunft eine große epidemiologische Bedeutung haben. Die komplexe Infektionsthematik sollte unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden: der Prävention und der Behandlung. Zur Prävention von Infektionen zählen neben der Dekontamination und Sterilisation auch die Impfungen sowie die Hygiene- und Gesundheitsaufklärung. Bei der Behandlung von Infektionen kann auf Antibiotika zurückgegriffen werden, wenn das humane Immunsystem die Infektionen nicht auf natürliche Weise bekämpfen kann. Zwischen 1969 und 2000 wurde kein neues Antibiotikum den bereits vorhandenen Antibiotikaklassen hinzugefügt. Parallel zu dieser schwindenden Antibiotikaforschung, verbreiten sich nosokomiale Infektionen und community-acquired (vor allem Methicillin-resistente) Infektionen rapide. Von besonderer Bedeutung ist die Grundlagenforschung an infektionsassoziierten Mikroorganismen, wie dem humanen Erreger Staphylococcus aureus. Im Zusammenhang mit Infektionen spielen Virulenzfaktoren eine entscheidende Rolle. Sie sind entweder an der Zelloberfläche platziert oder werden aktiv ins Medium sekretiert. Um das pathogene Potential von S. aureus besser zu verstehen und aufzuklären ist ein Verständnis über die Proteintransportwege essentiell. Momentan sind die Transportwege von Escherichia coli (Gram-negative) und Bacillus subtilis (Gram-positive) am besten charakterisiert. Viele Transportwegekomponenten wurden mittels Transkriptions und Proteomeanalysen auch in S. aureus konserviert gefunden und ermöglichten dadurch einen ersten Einblick in die Sekretionsmaschinerie. Das Verständnis, warum und wie Virulenzfaktoren Infektionen auslösen birgt ein großes Potential in der Suche nach verbesserter Infektionskontrolle und Behandlung. Kontaminierte medizinische Arbeitsmittel, wie zum Beispiel Katheter oder Endoskope können auch eine auslösende Quelle von Infektionen sein. Diese medizinischen Arbeitsmittel oder Geräte bestehen immer häufiger aus bio-kompatiblen Polymeren (z.B. Polyethylen (PE) oder Polyethylenterephthalat (PET). Diese thermosensitive Polymere können keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne dass sie beschädigt werden. Damit sind herkömmliche Sterilisationsverfahren (z.B. Autoklavieren) nicht anwendbar. Alternative chemische Verfahren (z.B. Ethylenoxid-Sterilisation) sind mit Nebenwirkungen und Risiken verbunden, die im medizinischen Bereich nicht akzeptabel sind. Alternative Dekontaminationsverfahren für diese thermosensitive Materialen sind also gefragt. Hierbei rückt das Niedertemperaturplasma (NTP) nicht nur bei den Physikern sondern auch bei den Biologen und Medizinern immer weiter in den Fokus der Forschung. NTP, welches unter atmosphärischen Druck erzeugt wird, ist aus einer Vielzahl von antimikrobiell aktiven Agentien und chemischen Produkten (z.B. atomarer Sauerstoff (O), Ozon (O3), Hydroxyl (OH), reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS)) zusammengesetzt und stellt damit ein wirksames Mittel für die mikrobielle Dekontamination dar. Seit einiger Zeit wird NTP auch erfolgreich bei der Wundbehandlung angewendet. Erste Studien zeigen ein großes Potential von NTP-Wundbehandlungen in Hinblick auf verbesserte Wundheilung. Die Anwendung von Plasma in der Medizin könnte ganz neue Perspektiven eröffnet- das ist zumindest die Vision. Auf der praktischen Seite gibt es allerdings noch eine Vielzahl von offenen Fragen: (i) welche Art von Plasma ist für welchen Zweck am besten geeignet; (ii) was sind die Vorteile von Plasma im Vergleich zu gängigen medizinischen Behandlungen; (iii) ist Plasma ein ökonomische Alternative im Vergleich zu gängigen Anwandelungen und Standards? Bevor Plasma sicher und routinemäßig in Krankenhäusern zu Einsatz kommen kann ist es zusätzlich von größter Wichtigkeit den Einfluss von Plasma auf Zellen zu klären. Erst wenn die Plasma-Zell-Interaktion (pro- und eukaryotische Zellen) grundsätzlich untersucht und verstanden ist kann eine sichere, erfolgreiche und vor allem akzeptierte Implementierung in den Krankenhausalltag stattfinden.
  • Against the opinion of earlier years, infectious diseases are the most dangerous cause of death worldwide. Their epidemiologic importance is present today and will be present in the future. The complex topic of “infections” should be examined under two aspects: prevention and treatment. The prevention of infections covers the fields of decontamination and sterilization, hygiene, vaccination and health education. The treatment of infections is commonly associated with antibiotic treatment, as well as with the immunological side in terms of understanding the human immune response. From 1969 to 2000 no new major class of antibiotics have been introduced and, to make matters worse, the decreasing interest and investment in antibiotic research by the pharmaceutical industry and the consequent decline in antibiotic discovery has been paralleled by a rapid spread of nosocomial acquired infections and cases of community-acquired, antibiotic (methicillin)-resistant infections. Fundamental research on infection causing microorganisms such as the human pathogen Staphylococcus aureus is of major importance. Infection related virulence factors are either displayed at the surface of the staphylococcal cell or released into the medium. In order to understand and evaluate the pathogenic potential of these organisms it is of major importance to map their pathways for protein transport. Currently, the machinery for protein transport of Escherichia coli (gram negative) and B. subtilis (gram positive) are best described. Many of the known components that are involved in the different routes for protein export in these organisms are also conserved in S. aureus. Genomic and proteomic studies enable an in-depth study of the secretion machinery. The understanding of which factors are responsible for causing infection and which proteins are why and how associated with infections carries high potential for new findings in terms of infection control and treatment. Furthermore, contamination of medical devices such as catheters or endoscopes can also cause infections. Medical devices which are made of bio-compatible polymers such as polyethylene (PE) or polyethylenterephthalat (PET) are thermo labile materials. Besides numerous advantages for the patient, they are poorly resistant to high temperatures (autoclave sterilization). Alternative chemical treatments such as ethylene oxide sterilization bare side effects or risks which are neither desired nor acceptable. Therefore, the use of alternative decontamination procedures for heat sensitive materials such as low temperature plasma is in the focus of not only physicist but also biologist and medical staff. As low temperature plasmas generated at atmospheric pressure consist of a variety of microbicidal active agents and chemical products e.g. atomic oxygen (O), ozone (O3), hydroxyl (OH), reactive oxygen (ROS) and nitrogen species (RNS), it becomes an appropriate tool for microbial decontamination. Recently, low temperature plasma was successfully applied for wound treatment. First studies revealed enormous potential in this area as improved wound healing could be shown. Clearly, the use of plasmas in medicine opens up new vistas of treatment—this is the vision. On the practical side many questions are still open such as: (i) which type of plasma is applicable for which purpose; (ii) what are the advantages of plasma compared to current medical treatments; (iii) whether plasmas are a more economical alternative to current applications and standards? Before plasma can be safely routinely used in hospitals, it is furthermore of major importance to evaluate the interaction of microorganisms (pro- and eukaryotic cells) with plasma. When these fundamental questions are well investigated and understood, a safe, successful and most important widely accepted implementation in the field of life science will be achieved.

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Metadaten
Author: Theresa Winter
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001211-6
Title Additional (German):Ein physiologisch-proteomischer Ansatz zur Beantwortung von infektionsrelevanten Fragestellungen bei Gram-positiven Bakterien
Title Additional (English):-
Advisor:Prof.Dr. Michael Hecker
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/04/16
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2012/02/29
Release Date:2012/04/16
Tag:Zell-Plasmawechselwirkung
GND Keyword:Kaltes Plasma, Plasmadiagnostik, Plasmawechselwirkung, Sekretion, Staphylococcus aureus, Virulenzfaktor
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie