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Burkholderia pseudomallei ist ein gram-negatives Stäbchenbakterium, das in tropischen und subtropischen Gebieten endemisch ist. Bedeutung erlangte das Bakterium als Modellorganismus für intrazelluläres Überleben. Als solches ist B. pseudomallei in der Lage in Wirtszellen einzudringen, sich aus dem Phagolysosom zu befreien, im Zytosol zu replizieren, Aktinschweife zu induzieren und sich von Zelle zu Zelle auszubreiten. B. pseudomallei ist der Verursacher der Melioidose, einer Erkrankung mit sehr unterschiedlichen klinischen Verläufen. Sowohl schwere, septische Formen mit hoher Mortalität aber auch milde chronische Manifestationen treten auf. Trotz zunehmender Beachtung in der Öffentlichkeit sind die molekularen Details seiner Virulenz weitestgehend unverstanden. Deswegen beschäftigt sich diese Forschungsarbeit mit der Identifizierung und Charakterisierung von neuen Virulenzfaktoren und -mechanismen bei B. pseudomallei. Dazu wurden mittels Tn5-Transposonmutagenese 2344 Mutanten hergestellt und auf ihre Fähigkeit Plaques in einem Agarose-überschichteten Zellmonolayer zu induzieren gescreent. Mutanten mit Defekten in Genen, die in den intrazellulären Lebenszyklus involviert sind, bilden weniger, kleinere oder keine Plaques im Vergleich zum Wildtyp. Insgesamt 44 Tn5-Transposonmutanten fielen im Screening durch eine veränderte Plaquebildung auf. Durch molekularbiologische Methoden wurden die Transposoninsertionsstellen ermittelt. Es lagen Defekte in Genen vor, die für Stoffwechselproteine, Strukturkomponenten oder hypothetische Proteinen kodieren. Weiterführend wurden die Mutanten auf ihre intrazelluläre Invasion und Replikation in Epithelzellen sowie auf ihre Aktinschweifbildung untersucht. Bei insgesamt vierzehn Mutanten konnte nach intranasaler Infektion eine starke Attenuierung in der Maus nachgewiesen werden, darunter beispielsweise eine Mutante mit einem Defekt in BPSL0918, einer Peptidyl-Proly-cis-trans-Isomerase und fünf Mutanten mit Defekten in Genen unbekannter Funktion. Um polare Effekte auszuschließen, wurde die Komplementation mit dem mini-Tn7-System für diese Tn5-Mutanten etabliert und exemplarisch an der BPSL0918-Mutante durchgeführt. Diese Forschungsarbeit zeigt, dass es möglich ist mit den hier genutzten Methoden Tn5-Transposonmutagenese und anschließendem Plaquescreening neue Virulenzgene zu identifizieren, die essentielle Funktionen im intrazellulären Überleben von B. pseudomallei übernehmen. Die weitere Charakterisierung dieser Gene kann Hinweise darauf geben, mit welchen Strategien das Pathogen sich im menschlichen Körper etabliert, ausbreitet und die Wirtsabwehr außer Kraft setzt.
Makrophagen spielen eine essentielle Rolle bei Entzündungsprozessen sowie bei der Aktivierung von Abwehrmechanismen gegenüber bakteriellen Infektionen. Als Antwort auf inflammatorische Cytokine und bakterielle Produkte setzen Makrophagen Stickstoffmonoxid (NO) und reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS) frei, die sowohl redox-sensitive Signaltransduktionswege vermitteln als auch Zellschäden induzieren. Ein wichtiger Bestandteil des zellulären Abwehrsystems stellen unter anderem die ubiquitär exprimierten Peroxiredoxine (Prxs) dar. Sie bilden eine Familie von sechs Thiol-abhängigen Peroxidasen, die Wasserstoffperoxid, organische Peroxide sowie reaktive Stickstoffverbindungen reduzieren können. Neben ihrer antioxidativen Funktion sind sie in die Regulation der Zellproliferation, Signaltransduktion sowie Apoptose involviert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Peroxiredoxine in Knochenmarkmakrophagen (bone marrow-derived macrophages; BMM) von BALB/c- und C57BL/6-Mäusen konstitutiv exprimiert werden und die Stimulation mit Lipopolysaccharid (LPS) und Interferon γ (IFNγ) zu einer Änderung der Genexpression von Prxs führt. Während in C57BL/6 BMM die Induktion der Genexpression von Prx 1, 2, 4 und 6 durch LPS und IFNγ von der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) abhängig war, konnte in BALB/c BMM nur eine iNOS-abhängige Induktion der Prx 1- und Prx 6-Genexpression nachgewiesen werden. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Tyrosinkinase JAK2, Tyrosinkinasen der Src-Familie, die Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K), Proteinkinase C-Isoenzyme sowie p44/42 MAPK, p38 MAPK und c-Jun-N-terminalen Kinase (JNK) an der LPS- und IFNγ-induzierten Genexpression von Prx 1, 5 und 6 beteiligt sind. Außerdem konnte erstmals gezeigt werden, dass die Genexpression von Prx 6 durch Nrf2- (nuclear factor-erythroid 2p45 (NF-E2)-related factor 2-) Aktivatoren induzierbar ist und der Genknockout von Nrf2 die LPS- und IFNγ-vermittelte Induktion von Prx 6 in Makrophagen herabsetzt. Des Weiteren war die cytosolische Phospholipase A(2) (cPLA(2)) in die Regulation der LPS- und IFNγ-induzierten Transkription von Prx 5 und Prx 6 involviert. Die Hemmung der stromabwärts der cPLA(2)-gelegenen Cyclooxygenase-Enzyme (COX) führte zu einer signifikanten Abnahme der Prostaglandin (PG) E2-Sekretion sowie der Genexpression von Prx 6. Im Gegensatz dazu resultierte exogen zugeführtes PGD(2)-, PGE(1)-, PGE(2)-, PGF(2α), PGA(1), PGA(2) oder 15-deoxy-Δ12,14-PGJ(2) in einer konzentrations- und zeitabhängigen Zunahme des Prx 6-Transkriptes. Es konnte festgestellt werden, dass an der Regulation der PGD2- und PGE2-induzierten Prx 6-Genexpression die Adenylylzyklase und durch sie generiertes cAMP beteiligt sind, aber die durch cAMP-aktivierbare Proteinkinase A sowie Epac (exchange protein directly activated by cAMP) keine essentielle Bedeutung für die Prx 6-Genregulation besitzen. Die Untersuchungen der Regulation der PGE2- oder PGD2-induzierten Prx 6-Transkription zeigten weiterhin die Beteiligung der JAK2, PI3K, p38 MAPK und einiger Isoenzyme der PKC sowie die Bedeutung von Nrf2 für die Induktion der Genexpression von Prx 6 durch konventionelle und Cyclopentenon-Prostaglandine. In dieser Arbeit wurde zudem der Nachweis erbracht, dass durch die Infektion mit dem Pathogen Burkholderia pseudomallei, das als Modellorganismus Gram-negativer, intrazellulärer Erreger dient, die Genexpression von Prx 1, 5 und 6 in IFNγ-aktivierten Makrophagen von C57BL/6- und BALB/c-Mäusen induziert wird, wobei die mRNA-Induktion von Prx 1 und Prx 6 stärker in C57BL/6 als in BALB/cBMM erhöht wird. In IFNγ-aktivierten und B. pseudomallei-infizierten Makrophagen zeigte sich sowohl eine NO-abhängige Induktion der Prx 1- und Prx 6-Transkription und eine Abhängigkeit der Prx 5- und Prx 6-Genexpression von der NADPH-Oxidase-gebildeten ROS als auch eine Beteiligung von COX-1 und COX-2 an der durch B. pseudomallei-erhöhten mRNA-Expression von Prx 6. IFN&gamma-aktivierte Makrophagen, die mit Stämmen der virulenten Burkholderia-Spezies pseudomallei infiziert wurden, verfügten in den meisten Fällen über eine verstärkte Geninduktion von Prx 6, sowie iNOS- und COX-2-Proteinexpression gegenüber Makrophagen, die mit Stämmen der avirulenten Burkholderia-Spezies thailandensis infiziert wurden. Darüber hinaus zeichneten sich B. thailandensis- im Vergleich zu B. pseudomallei-infizierte BMM überwiegend durch eine geringere Genexpression und Sekretion verschiedener proinflammatorischer Cytokine wie IL-1beta, IL-6 und TNFalpha aus.
Ziel dieser Studie war, die Prävalenz von Borrelia burgdorferi sensu lato (s. l.) in Ixodes ricinus (I. ricinus) Zecken in Wäldern nahe Greifswald zu ermitteln und die europäischen Borrelia burgdorferi sensu lato species B. burgdorferi sensu stricto, B. afzelii, B. garinii (OspA Typen 3 bis 7), B. valaisiana und B. lusitaniae zu differenzieren. Die Zecken wurden zwischen April und Oktober 2003 in 2 Sammelgebieten (Nymphen und Adulte) und zwischen April und August 2004 in einem Sammelgebiet (nur Adulte) gefangen. Insgesamt wurden 689 Adulte (355 Weibchen, 334 Männchen) und 825 Nymphen der Spezies I. ricinus gesammelt. Adulte wurden bei DNA – Extraktion und PCR einzeln aufgearbeitet, bei den Nymphen waren je 5 Individuen zu einem Pool zusammengefasst. Es kamen verschiedene PCR Protokolle zur Anwendung, es wurde eine heminested PCR mit anschließender Restriktionsenzymanalyse, die eine Differenzierung der Genospezies erlaubte, gewählt. Im Jahr 2003 betrug die Infektionsrate adulter I. ricinus Zecken 14,9 %. Borrelien – DNA wurde in 16,8 % der Weibchen und in 12,9 % der Männchen nachgewiesen. 5,7 % der Nymphen waren positiv (Berechnung nach de Boer et al. 1993). Die mittleren Infektionsraten der zwei Sammelgebiete unterschieden sich signifikant voneinander (7,1 % bzw. 19,2 %, p= 0,005). Im Jahr 2004 unterschieden sich die Infektionsraten weiblicher und männlicher Zecken signifikant voneinander (p= 0,024): Die mittlere Infektionsrate betrug 19,9 %, wobei 25,4 % der Weibchen und 14,1 % der Männchen infiziert waren. Im Jahr 2003 war B. garinii OspA Typ 6 die häufigste Genospezies (63,9 %), gefolgt von B. afzelii (16,7 %) und B. valaisiana (11,1 %). B. garinii OspA Typ 4 und 5 und B. burgdorferi sensu stricto traten selten auf (1,4 %, 1,4 % und 5,5 %). Im Gegensatz dazu dominierte B. burgdorferi sensu stricto im Jahr 2004 (38,6 %) aufgrund der hohen Prävalenz von 65,2 % im August. 34,1 % aller Zecken waren mit B. garinii OspA Typ 6 infiziert. B. afzelii wurde in 11,4 %, B. valaisiana in 9,1 % nachgewiesen. Doppelinfektionen traten in 2,8 % (2003) und 2,3 % (2004) der Zecken auf. In Ostvorpommern wurden alle o. g. humanpathogenen Spezies und OspA – Typen außer B. lusitaniae und B. garinii OspA Typ 3 und 7 nachgewiesen. Die ermittelten Infektionsraten stimmen mit den Ergebnissen ähnlicher epidemiologischer Studien in benachbarten Regionen in Polen überein (Stanczak et al. 2000; Bukowska 2002). Am häufigsten trat B. garinii OspA Typ 6 auf, außer im August 2004, wo B. burgdorferi sensu stricto die dominante Spezies war (65,2 %). Diese hohe Infektionsrate mit B. burgdorferi sensu stricto geht einher mit den Ergebnissen einer Untersuchung durch Bukowska in Westpommern 2000 – 2001. Mischinfektionen waren selten. Nur zwei von 70 positiv getesteten Zecken im Jahr 2003 (2,8 %) waren mit zwei verschiedenen OspA – Typen der B. garinii Gruppe doppelinfiziert. Im Jahr 2004 zeigte nur eine der 43 positiv getesteten Zecken (2,3 %) eine Doppelinfektion, ebenfalls mit zwei verschiedenen B. garinii OspA – Typen. Untersuchungen zum Vorkommern von Borrelia burgdorferi sensu lato in Zecken durch Borrelien – DNA – Nachweis mittels PCR und Differenzierung der einzelnen Stämme wurden bislang vor allem im Süden Deutschlands durchgeführt. Epidemiologische Studien zur Häufigkeit und Verteilung der verschiedenen Borrelienspezies in den verschiedenen Regionen Europas ist für die prospektive Entwicklung von Vakzinen und mikrobiologischen Testsystemen von entscheidender Bedeutung.