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Staphylococcus aureus has acquired resistance to antibiotics since their first use. The S. aureus protein NorA, an efflux pump belonging to the major facilitator superfamily (MFS), contributes to resistance to fluoroquinolones (e.g., ciprofloxacin), biocides, dyes, quaternary ammonium compounds, and antiseptics. Different compounds have been identified as potential efflux pump inhibitors (EPIs) of NorA that result in increased intracellular concentration of antibiotics, restoring their antibacterial activity and cell susceptibility. However, none of the currently known EPIs have been approved for clinical use, probably due to their toxicity profiles. In the present study, we screened approved drugs for possible efflux pump inhibition. By screening a compound library of approximately 1200 different drugs, we identified nilotinib, a tyrosine kinase inhibitor, as showing the best efflux pump inhibitory activity, with a fractional inhibitory concentration index of 0.1875, indicating synergism with ciprofloxacin, and a minimum effective concentration as low as 0.195 μM. Moreover, at 0.39 μM, nilotinib, in combination with 8 μg/mL of ciprofloxacin, led to a significant reduction in biofilm formation and preformed mature biofilms. This is the first description of an approved drug that can be used as an efflux pump inhibitor and to reduce biofilms formation at clinically achievable concentrations.
Infektionen des Zentralnervensystems (ZNS) können durch unterschiedliche Erreger verursacht werden, wobei Viren das Hauptpotential bilden. Bei der Abklärung der Ätiologie von Infektionen des ZNS nimmt die Labordiagnostik eine zentrale Rolle ein. Die Kenntnis des ätiologischen Agents ist von hoher prognostischer und therapeutischer Relevanz und für die Optimierung des Patientenmanagements bedeutend. Es wurden molekularbiologische Methoden zur Identifizierung und Charakterisierung ZNS-assoziierter Viren etabliert und zur Gewinnung aktueller Prävalenzdaten eingesetzt. Enteroviren (EV) waren mit 21,8% das häufigste Pathogen, gefolgt von Adenoviren. HSV und VZV spielten nur eine untergeordnete Rolle. Eine Bedeutung von West Nil-Virus bei ZNS-Infektionen in der Region Vorpommern konnte ausgeschlossen werden. Die genotypische Charakterisierung zirkulierender Stämme zeigte für EV Cluster mit hoher Homologie zur Gruppe der Coxsackie B-Viren. Weiterhin wurden Vertreter von Coxsackievirus A und von Echovirus identifiziert. Isolierte EV-Stämme wiesen gegenüber Pleconaril eine hohe Empfindlichkeit auf. Ein unerwartet hoher Anteil wurde für Adenoviren gefunden. Die identifizierten Serotypen waren ADV-2, ADV-5 und ADV-41. Untersuchungen zum Proteinprofil EV-infizierter Zellen zeigten signifikante Veränderungen in der Expression für Proteine des Zytoskeletts, für Bestandteile von metabolischen Prozessen und für Proteine, die in Signal- und Transportprozesse sowie die Stress-Abwehr involviert sind und bieten Ansätze für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien.
Fruktoselysin-spezifische Rezeptoren auf Zellmembranen von Monozyten und Makrophagen binden Amadori-modifizierte Proteine. Die Ligandenbindung führt zu Endozytose und Degradation der gebundenen Proteine sowie zur Produktion proinflammatorischer Zytokine. HL-60 und THP-l sind Vorläuferzellen reifer Monozyten, welche ebenfalls Fruktoselysin-Rezeptoren exprimieren. Affinitätschromatographisch wurden zwei Proteinfraktionen mit molekularen Massen von 100 und 200 kDa isoliert und als Homologe zu Nukleolin und der schweren Kette zellulären Myosins identifiziert. Die membrangebundenen Proteine sind im Gegensatz zu den nukleären bzw. zytosolischen Formen glykosyliert. Entsprechende Rezeptorproteine wurden bereits auf Zellmembranen der monozytären Zelllinien MonoMac 6 und U937 nachgewiesen. Somit werden Fruktoselysin-spezifische Bindungsproteine bereits auf Vorläuferzellen reifer Monozyten exprimiert.
Introduction: The environmental bacterium Burkholderia pseudomallei causes the often fatal and massively underreported infectious disease melioidosis. Antigens inducing protective immunity in experimental models have recently been identified and serodiagnostic tools have been improved. However, further elucidation of the antigenic repertoire of B. pseudomallei during human infection for diagnostic and vaccine purposes is required. The adaptation of B. pseudomallei to very different habitats is reflected by a huge genome and a selective transcriptional response to a variety of conditions. We, therefore, hypothesized that exposure of B. pseudomallei to culture conditions mimicking habitats encountered in the human host might unravel novel antigens that are recognized by melioidosis patients.
Methods and results: In this study, B. pseudomallei was exposed to various stress and growth conditions, including anaerobiosis, acid stress, oxidative stress, iron starvation and osmotic stress. Immunogenic proteins were identified by probing two-dimensional Western blots of B. pseudomallei intracellular and extracellular protein extracts with sera from melioidosis patients and controls and subsequent MALDI-TOF MS. Among B. pseudomallei specific immunogenic signals, 90 % (55/61) of extracellular immunogenic proteins were identified by acid, osmotic or oxidative stress. A total of 84 % (44/52) of intracellular antigens originated from the stationary growth phase, acidic, oxidative and anaerobic conditions. The majority of the extracellular and intracellular protein antigens were identified in only one of the various stress conditions. Sixty-three immunoreactive proteins and an additional 38 candidates from a literature screening were heterologously expressed and subjected to dot blot analysis using melioidosis sera and controls. Our experiments confirmed melioidosis-specific signals in 58 of our immunoproteome candidates. These include 15 antigens with average signal ratios (melioidosis:controls) greater than 10 and another 26 with average ratios greater than 5, including new promising serodiagnostic candidates with a very high signal-to-noise ratio.
Conclusion: Our study shows that a comprehensive B. pseudomallei immunoproteomics approach, using conditions which are likely to be encountered during infection, can identify novel antibody targets previously unrecognized in human melioidosis.
Analysis of volatile organic compounds (VOCs) is a novel approach to accelerate bacterial culture diagnostics of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). In the present study, cultures of fecal and tissue samples from MAP-infected and non-suspect dairy cattle and goats were explored to elucidate the effects of sample matrix and of animal species on VOC emissions during bacterial cultivation and to identify early markers for bacterial growth. The samples were processed following standard laboratory procedures, culture tubes were incubated for different time periods. Headspace volume of the tubes was sampled by needle trap-micro-extraction, and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry. Analysis of MAP-specific VOC emissions considered potential characteristic VOC patterns. To address variation of the patterns, a flexible and robust machine learning workflow was set up, based on random forest classifiers, and comprising three steps: variable selection, parameter optimization, and classification. Only a few substances originated either from a certain matrix or could be assigned to one animal species. These additional emissions were not considered informative by the variable selection procedure. Classification accuracy of MAP-positive and negative cultures of bovine feces was 0.98 and of caprine feces 0.88, respectively. Six compounds indicating MAP presence were selected in all four settings (cattle vs. goat, feces vs. tissue): 2-Methyl-1-propanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, heptanal, isoprene, and 2-heptanone. Classification accuracies for MAP growth-scores ranged from 0.82 for goat tissue to 0.89 for cattle feces. Misclassification occurred predominantly between related scores. Seventeen compounds indicating MAP growth were selected in all four settings, including the 6 compounds indicating MAP presence. The concentration levels of 2,3,5-trimethylfuran, 2-pentylfuran, 1-propanol, and 1-hexanol were indicative for MAP cultures before visible growth was apparent. Thus, very accurate classification of the VOC samples was achieved and the potential of VOC analysis to detect bacterial growth before colonies become visible was confirmed. These results indicate that diagnosis of paratuberculosis can be optimized by monitoring VOC emissions of bacterial cultures. Further validation studies are needed to increase the robustness of indicative VOC patterns for early MAP growth as a pre-requisite for the development of VOC-based diagnostic analysis systems.
The worldwide distribution and prevalence of melioidosis, an infectious disease caused by the soil-dwelling Gram-negative bacterium Burkholderia pseudomallei, is unknown. In Vietnam, sporadic cases of melioidosis have been reported for decades, but clinical and epidemiological data for the indigenous population are still scarce. In this study, we reviewed clinical and demographic data of patients with culture-proven melioidosis diagnosed at a single large referral hospital in Hanoi between November 1997 and December 2005. The clinical manifestations of melioidosis with fatal septicaemia as the most common presentation, a high rate of underlying diseases and a peak of cases admitted during the wet season were similar to studies from other endemic areas. The geographical origin of melioidosis patients shows that melioidosis exists in at least 18 northern provinces. The characterization of clinical B. pseudomallei strains by multilocus sequence typing identified 17 different sequence types (STs), ten of which have (as yet) not been found outside Vietnam. Several of these STs presumably were generated through recent evolutionary events in this rapidly diversifying bacterial species, and thus restricted geographic distribution may be a consequence of limited time passed since emergence. In order to define the distribution of the bacterium in the environment, our study also aimed to develop a more sensitive culture method for the detection of B. pseudomallei from soil samples in endemic areas compared to the currently used culture method based on soil dispersion in water. Our newly developed protocol involving soil dispersion in a polyethylene glycol and sodium deoxycholate solution increased the yield of viable B. pseudomallei from soil samples. Comparative testing of soil samples from Northeast Thailand covering a wide range of B. pseudomallei concentrations demonstrated a significantly higher recovery (p < 0.0001) of B. pseudomallei colony forming units by the new method compared to the conventional method. Our data indicate that using the detergents polyethylene glycol and sodium deoxycholate not only results in a higher recovery of viable B. pseudomallei, but also results in a shift in the bacterial species recovered from soil samples. Molecular methods based on direct bacterial nucleic acid extraction from environmental samples and subsequent amplification have the potential to overcome many restrictions of traditional microbiological approaches. Moreover, culture-dependent methods require special expertise in recognizing B. pseudomallei colony morphologies. Thus, a highly sensitive culture-independent DNA-based method that allows direct quantification of B. pseudomallei from soil is needed, particularly in diagnostic laboratories outside endemic areas. We therefore aimed to establish a protocol for B. pseudomallei soil DNA isolation, purification and quantification by qPCR targeting a type three secretion system 1 single copy gene. This assay was validated using 40 soil samples from Northeast Thailand that underwent parallel bacteriological culture. All 26 samples that were B. pseudomallei-positive by direct culture were B. pseudomallei qPCR-positive, with a median of 1.84 x 104 genome equivalents (range 3.65 x 102 to 7.85 x 105) per gram of soil. This was 10.6 fold (geometric mean; range 1.1 to 151.3) higher than the bacterial count as defined by culture. Moreover, the qPCR detected B. pseudomallei in seven samples (median 36.9 genome equivalents per g soil; range 9.4 to 47.3), which were negative on direct culture. These seven positives were reproduced using a nested PCR targeting a second, independent B. pseudomallei-specific sequence. Two samples were direct culture and qPCR negative but nested PCR positive. Five samples were negative by both PCR methods and culture. In conclusion, this is the first report on a series of cases describing clinical and epidemiological features of melioidosis and corresponding Burkholderia pseudomallei strains from northern Vietnam. Moreover, our newly developed culture-based and PCR-based methods provide highly specific and sensitive tools for the quantitative environmental surveillance of B. pseudomallei.
Infektionserkrankungen können im Wirt oxidativen Stress hervorrufen, da dieser zur gezielten Abwehr von Mikroorganismen mithilfe bestimmter Immunzellen erhebliche Mengen an reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies produziert. Dabei wird v. a. der Aktivität der NADPH-Oxidase, und weniger der induzierbaren NO-Synthase, eine wichtige Rolle bei der Eliminierung von B. pseudomallei zugeschrieben (Utaisincharoen et al. 2001; Breitbach et al. 2006), was sich wiederum toxisch auf körpereigenes Gewebe auswirken kann. Unter diesen Umständen ist ein gut funktionierendes, antioxidatives Schutzsystem der Zellen von essentieller Bedeutung. In dem Zusammenhang sollte zum einen die antioxidative Funktion des Transkriptionsfaktors Nrf2, und zum anderen die Bedeutung des Glutathion-Redoxsystems bei Infektionen mit dem Gram-negativen, fakultativ intrazellulären Erreger der Melioidose, Burkholderia pseudomallei, geklärt werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Infektion von Makrophagen und Hepatomzellen mit B. pseudomallei zur nukleären Translokation von Nrf2 und somit dessen Aktivierung beiträgt. Die infektionsbedingte Induktion von Nrf2 auf Genexpressionsebene wurde in Makrophagen, jedoch nicht in Hepatomzellen, festgestellt. Darüber hinaus wurde die Genexpression des Transkriptionsfaktors in den Organen von infizierten C57BL/6-Mäusen unterschiedlich reguliert. Die Anwesenheit von Nrf2 in Nrf2+/+-Makrophagen bzw. die Aktivierung von Nrf2 durch Stimulatoren verbesserten das intrazelluläre Überleben von B. pseudomallei in den Immunzellen, wohingegen in infizierten Hepatomzellen das Replikationsvermögen des Pathogens durch Nrf2 eingeschränkt wurde. In vitro-Infektionsversuche mit anderen Bakterien wiesen zudem auf einen Erreger-spezifischen Einfluss von Nrf2 hin. Des Weiteren war die proinflammatorische Antwort von Makrophagen durch Nrf2 tendenziell, aber nicht signifikant, erhöht. Im pulmonalen in vivo-Infektionsmodell hatte Nrf2 weder einen Einfluss auf das Wachstum von B. pseudomallei in Leber, Lunge und Milz infizierter Tiere, noch auf die Sekretion inflammatorischer Mediatoren im Serum. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Nrf2 weniger durch die Modulation der proinflammatorischen Immunantwort, als vielmehr durch die Regulation ARE-abhängiger, antioxidativer Proteine unterschiedlich auf die mikrobielle Abwehr in vitro und in vivo einwirkt. Im zweiten Teil der Arbeit sollte daher die Rolle von Glutathion (GSH) und den an seiner Biosynthese bzw. Regeneration beteiligten Enzymen, Glutamatcysteinligase (Gcl) sowie Glutathionreduktase (Gsr), bei der Infektion mit B. pseudomallei untersucht werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Genexpression der Gcl und Gsr in Abhängigkeit von der infektionsbedingten Nrf2-Induktion durch B. pseudomallei in Makrophagen erhöht war, wohingegen die Enzyme in den Organen infizierter Mäuse unterschiedlich induziert wurden. Die Inhibition der Gcl führte sowohl in Makrophagen als auch in Hepatomzellen zu einer Reduktion des intrazellulären Gesamt-GSH-Gehaltes, was sich jedoch unterschiedlich auf das Wachstumverhalten von B. pseudomallei in den jeweiligen Zellen auswirkte. Die eingeschränkte GSH-Biosynthese verbesserte zum einen die Pathogenkontrolle in den Makrophagen und im Mausmodell, begünstigte jedoch zum anderen die Replikation des Erregers in Hepatomzellen. Die Hemmung der Regeneration von GSH aus GSSG führte ebenfalls zu zelltypabhängigen, kontroversen Ergebnissen. Einerseits wirkten sich die Inhibition der Gsr und der damit verbundene GSH-Mangel positiv auf das Überleben von B. pseudomallei in Makrophagen aus. Andererseits führte die Gsr-Inhibition in Hepatomzellen zu einem Anstieg des intrazellulären GSH-Gehaltes, was sich in reduzierten Keimzahlen äußerte. Wurde GSH direkt mithilfe eines bestimmten Konjugationspartners, der aber auch für seine Nrf2-induzierende Wirkung bekannt ist, depletiert, so wurde das bakterielle Wachstum in beiden Zelltypen und in den Organen von Mäusen begünstigt. Da der GSH-Gehalt in unseren Infektionsmodellen keinen signifikanten Einfluss auf proinflammatorische Mediatoren hatte, ist anzunehmen, dass die wirtsvermittelten Immunmechanismen eine untergeordnete Rolle bei der Pathogenkontrolle spielen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bestätigen die in der Literatur bereits kontrovers beschriebenen Funktionen von Nrf2 und GSH bei mikrobiellen Infektionen. Es ist anzunehmen, dass sowohl der Nrf2-Signalweg als auch die Nrf2-abhängige Regulation des GSH-Stoffwechsels vorwiegend dem Schutz der Wirtszelle dienen, indem sie das durch eine Infektion hervorgerufene, gestörte Gleichgewicht zwischen ROS und Antioxidantien wiederherstellen. Jedoch konnte auch gezeigt werden, dass beide Faktoren unter bestimmten Bedingungen zugunsten des bakteriellen Wachstums genutzt werden können, indem das Pathogen die Schutzmechanismen des Wirtes umgeht.
Melioidosis is a seasonal infectious disease in tropical and subtropical areas caused by the soil bacterium Burkholderia pseudomallei. In many parts of the world, including South West India, most cases of human infections are reported during times of heavy rainfall, but the underlying causes of this phenomenon are not fully understood. India is among the countries with the highest predicted melioidosis burden globally, but there is very little information on the environmental distribution of B. pseudomallei and its determining factors. The present study aimed (i) to investigate the prevalence of B. pseudomallei in soil in South West India, (ii) determine geochemical factors associated with B. pseudomallei presence and (iii) look for potential seasonal patterns of B. pseudomallei soil abundance. Environmental samplings were performed in two regions during the monsoon and post-monsoon season and summer from July 2016 to November 2018. We applied direct quantitative real time PCR (qPCR) together with culture protocols to overcome the insufficient sensitivity of solely culture-based B. pseudomallei detection from soil. A total of 1,704 soil samples from 20 different agricultural sites were screened for the presence of B. pseudomallei. Direct qPCR detected B. pseudomallei in all 20 sites and in 30.2% (517/1,704) of all soil samples, whereas only two samples from two sites were culture-positive. B. pseudomallei DNA-positive samples were negatively associated with the concentration of iron, manganese and nitrogen in a binomial logistic regression model. The highest number of B. pseudomallei-positive samples (42.6%, p < 0.0001) and the highest B. pseudomallei loads in positive samples [median 4.45 × 103 genome equivalents (GE)/g, p < 0.0001] were observed during the monsoon season and eventually declined to 18.9% and a median of 1.47 × 103 GE/g in summer. In conclusion, our study from South West India shows a wide environmental distribution of B. pseudomallei, but also considerable differences in the abundance between sites and within single sites. Our results support the hypothesis that nutrient-depleted habitats promote the presence of B. pseudomallei. Most importantly, the highest B. pseudomallei abundance in soil is seen during the rainy season, when melioidosis cases occur.
BK polyomavirus-associated haemorrhagic cystitis (BKHC) is a complication after allogeneic stem cell transplantation, which can occur in 5–60% of the cases. BK viruria alone can also occur in up to 100%. BKHC can lead to severe morbidity in stem cell-transplanted patients, but data about this disease is limited. Consequently, we conducted a prospective unicentric non-interventional trial on BKHC as well as BK viruria after first adult allogeneic stem cell transplantation with a follow-up time of 1 year after inpatient treatment. Between November 2013 and December 2015, we were able to include 40 adult patients with a mean age of 52.8 years. Twenty-seven (67.5%) of these patients were male and 13 (32.5%) were female. Acute myeloid leukaemia was the most frequent underlying disease (n = 15; 37.5%). Only 1 patient developed BKHC during inpatient treatment (n = 1; 2.5%), but BK viruria was frequent (n = 11; 27.5%) during inpatient treatment as well as in the follow-up time (n = 14; 35%). Interestingly, BK viruria was significantly associated with mucositis (p = 0.038) and number of transfused platelet concentrates (p = 0.001). This unexpected association will be discussed and needs further investigation.
Aufgrund der Erschöpfung des antioxidativen Abwehrsystems des Organismus entstehen während einer Sepsis schwere Zell- und Organschäden durch die unkontrollierte Freisetzung von ROS. Da bisher wenig über die Regulation und Funktion antioxidativer Enzyme bei mikrobiellen Infektionen bekannt ist, sollten die Stressproteine Peroxiredoxin 6 (Prx 6) und Hämoxygenase-1 (HO-1) sowie die Metabolite des Häm-Abbaus Kohlenstoffmonoxid (CO) und Eisen am Beispiel von Infektionen mit Burkholderia pseudomallei, dem fakultativ intrazellulär lebenden Gram negativen Erreger der Melioidose, charakterisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Genexpression von Prx 6 als Antwort auf eine Infektion mit B. pseudomallei in Knochenmarkmakrophagen (BMM) und Organen von C57BL/6-Mäusen differenziell reguliert wird. Obwohl weder der Knockout noch die Überexpression von Prx 6 einen Einfluss auf das intrazelluläre Überleben und die zytotoxische Wirkung von B. pseudomallei in BMM ausübte, deuten die Ergebnisse auf eine Beteiligung von Prx 6 bei der Regulation der Zytokinexpression nach der Infektion hin. In einem pulmonalen sowie systemischen Mausmodell konnte belegt werden, dass die Überexpression von Prx 6 einen Überlebensvorteil infizierter Mäuse darstellt, welcher mit reduzierten Keimlasten in Organen sowie Änderungen im Zytokinprofil einherging. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Überexpression von Prx 6 an der Eingrenzung der proinflammatorischen Antwort nach einer Infektion mit B. pseudomallei beteiligt ist und dadurch zum Schutz des Wirtes beitragen kann. Im zweiten Teil der Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die Genexpression des ebenfalls häufig im Zusammenhang mit dem Zellschutz beschriebenen Enzyms HO-1 durch eine Infektion mit B. pseudomallei in BMM sowie Lunge, Leber und Milz von C57BL/6-Mäusen induziert wird. Die pharmakologische Induktion der HO-1 resultierte in einer Reduktion der proinflammatorischen Antwort von BMM, wodurch das intrazelluläre Überleben von B. pseudomallei und die damit verbundene Zellschädigung begünstigt wurden. In vivo führte die Induktion der HO-1 zur Einschränkung der Pathogenkontrolle, was sich in einem früheren Versterben, erhöhten Keimlasten am Infektionsherd und den peripheren Organen sowie einer erhöhten Zytokinfreisetzung und Zellschädigung infizierter Tiere äußerte. Auch der Einsatz eines CO-freisetzenden Moleküls schränkte die Abwehr gegenüber B. pseudomallei in BMM und in vivo ein. Im dritten Teil der Arbeit deuten die Ergebnisse zum Einfluss von Eisen, als weiteren Häm-Metaboliten, darauf hin, dass die Erhöhung der Verfügbarkeit des für den Wirt und das Pathogen essentiellen Metalls teilweise für die schädigende Wirkung der HO-1-Induktion bei muriner Melioidose verantwortlich gemacht werden kann. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Genexpression des Peptidhormons Hepcidin und des Eisenspeicherproteins Ferritin durch die Infektion von BMM mit B. pseudomallei, bei gleichzeitiger Reduktion der Transkription des Eisenexprotproteins Ferroportin, induziert wird. Die exogene Erhöhung der Eisenverfügbarkeit in BMM führte zu einer verstärkten intrazellulären Replikation, während die Depletion dieses Elements das Überleben von B. pseudomallei reduzierte. Infolge einer intranasalen Infektion mit B. pseudomallei war die Genexpression von Ferroportin in der Leber reduziert, was die Einlagerung von Eisen in die Leber erhöhte. Verursacht durch erhöhte Genexpressionsraten von Hepcidin stieg dessen systemische Konzentration, wodurch es zur Etablierung hypoferrämischer Bedingungen im Serum infizierter Mäuse kam. Auch im Mausmodell begünstigte die Erhöhung der Eisenverfügbarkeit das bakterielle Wachstum in Organen, die proinflammatorische Antwort des Wirtes sowie die Hepicidinkonzentration im Serum. Im Gegensatz dazu führte die Chelation von Eisen zur Reduktion der bakteriellen Ausbreitung und einem verbesserten Überleben infizierter Tiere. Die Verfügbarkeit von Eisen begünstigt demnach nicht nur das Überleben von B. pseudomallei in der Umwelt und die Bildung von Biofilmen, sondern ist auch im Rahmen muriner Melioidose ein kritischer Faktor für die Pathogenese.
Das Wissen über fledermausassoziierte Lyssaviren in Hinblick auf die Diversität, Abundanz, geographische Verbreitung, Wirtsspezifität, Pathogenität und mögliche Übertragungswege ist lückenhaft. In Europa wird zur Überwachung der Fledermaustollwut die Untersuchung von moribunden oder toten Tieren (passive Surveillance) und/oder die Beprobung von freilebenden Fledermauspopulationen (aktive Surveillance) empfohlen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den derzeitigen Kenntnisstand zum Vorkommen von fledermausassoziierten Lyssaviren in Deutschland zu erweitern und mit Daten anderer europäischer Länder zu vergleichen. Die Untersuchungen stützten sich dabei auf drei Teilprojekte: 1) Die initiale Statuserhebung und Analyse der Fledermaustollwut-Surveillance in Europa hat gezeigt, dass trotz internationaler Empfehlungen die Tollwut-Überwachung bei Fledermäusen uneinheitlich durchgeführt wird. Diese Unterschiede sind unter anderem die Folge (i) fehlender Zusammenarbeit zwischen Fledermausbiologen und Veterinär- sowie Gesundheitsbehörden, (ii) fehlender Netzwerke von Fledermaussachverständigen, (iii) länderspezifischer Regelungen, aber auch (iv) fehlenden Bewusstseins sowie Kenntnisstandes für die Fledermaustollwut in der Bevölkerung. 2) In Deutschland wurde zusätzlich zur Tollwut-Routinediagnostik eine intensivierte passive Tollwut-Surveillance (retrospektive Studie, 1998 – 2013) durchgeführt, bei der 5478 Tiere aus insgesamt 21 einheimischen Arten akquiriert und auf das Vorliegen einer Lyssavirusinfektion untersucht wurden. Insgesamt konnten 52 EBLV-1 Infektionen (E. serotinus (n=49), P. pipistrellus, P. nathusii, Pl. auritus) sowie drei EBLV-2 Infektionen (M. daubentonii) diagnostiziert werden. Die Untersuchungen verdeutlichen, dass diese retrospektive Studie im Vergleich zur Routinediagnostik entscheidende Vorteile in Bezug auf den Stichprobenumfang, das Artenspektrum sowie die Fehlerfreiheit von artbezogenen biologischen und epidemiologischen Daten und somit entscheidende Voraussetzungen für eine gezielte Risikobewertung einer potentiellen Gesundheitsgefährdung des Menschen durch fledermausassoziierte Lyssaviren bietet. 3) Im Rahmen der aktiven Tollwut-Surveillance (1998 – 2012) erfolgte an 42 Standorten in Deutschland die Beprobung von Fledermauspopulationen. Es wurden 4546 Maultupfer- und 1226 Serumproben von 18 Fledermausspezies untersucht. EBLV-1-spezifische RNA wurde in Maultupfern von fünf Breitflügelfledermäusen, einer Fransen- und einer Mopsfledermaus detektiert. In dieser Arbeit konnte erstmalig EBLV-1 aus einer RT-PCR-positiven Maultupferprobe von einer scheinbar gesunden Breitflügelfledermaus isoliert werden. Bei der serologischen Testung von Serumproben gegen EBLV-1 wurden virus-neutralisierende Antikörper in acht verschiedenen Spezies festgestellt, wobei hauptsächlich Seren von Breitflügelfledermäusen höhere Titer aufwiesen. Ein Vergleich von Ergebnissen verschiedener Sero-Surveillance-Studien ist durch das Fehlen standardisierter Testverfahren und durch kreuzneutralisierende Antikörper gegenüber Lyssaviren gleicher Phylogruppen kaum möglich. Die Daten der aktiven Surveillance liefern im Gegensatz zur passiven Surveillance nur begrenzte Erkenntnisse zum Vorkommen, der Prävalenz und Dynamik von Fledermaustollwut in einheimischen Fledermauspopulationen. Die Form der intensivierten passiven Surveillance sollte daher als Standard für eine zukünftige Surveillance der Fledermaustollwut in Deutschland und anderen europäischen Ländern betrachtet werden. Darüber hinaus wurde bei natürlich infizierten Fledermäusen (E. serotinus, M. daubentonii, P. nathusii) die Virusverteilung und -last in Geweben verschiedener Organe unter dem Aspekt möglicher Ausscheidungswege untersucht. Virus-spezifische RNA wurde in allen untersuchten Organen nachgewiesen; bedingt durch die neurotropen Eigenschaften der Lyssaviren wurde die höchste Viruslast im Gehirn festgestellt. Signifikant hohe Viruslasten waren zudem in der Speichel¬drüse nachweisbar. Zusätzlich zur Speicheldrüse scheint die Zunge ein Organ zu sein, in dem Virusreplikation und -ausscheidung stattfindet, da in verschiedenen zellulären Strukturen des Zungengewebes Lyssavirusantigen bzw. virale RNA histologisch nachgewiesen wurden. Die Ausscheidung und Übertragung von fledermausassoziierten Lyssaviren über den Harntrakt oder die Atemwege ist wissenschaftlich umstritten und konnte in dieser Studie immunhistochemisch nicht bestätigt werden.
Im Rahmen vorliegender Dissertation wurde das intrazelluläre Überleben von S. aureus in Makrophagen charakterisiert. Dabei lag ein Schwerpunkt auf der Verwendung von primären murinen Knochenmarkmakrophagen, deren Interaktion mit S. aureus bisher wenig beschrieben ist. Die Internalisierung und Persistenz von S. aureus in primären Makrophagen könnte dabei als Pathogenitätsmechanismus für die therapieresistenten und persistierenden, sowie rekurrenten Infektionen relevant sein, die der Erreger neben den klassischen Manifestationen einer S. aureus-Infektion hervorruft. In diesem Zusammenhang sollte auch diskutiert werden, ob es sich bei S. aureus um ein typisches fakultativ intrazelluläres Bakterium handelt. Zunächst wurde anhand eines in-vitro-Infektionsmodells gezeigt, dass verschiedene S. aureus–Stämme in einer murinen Makrophagen-Zelllinie, sowie in primären murinen Knochenmark-Makrophagen mindestens 5 Tage unter langsamer Reduktion der anfänglichen Keimzahl überleben können. Der als Kontrollstamm eingesetzte KNS-Vertreter S. epidermidis ATCC 12228 konnte etwa 3 Tage intrazellulär nachgewiesen werden. Die gleichen S. aureus-Stämme wurden bezüglich ihrer Internalisierungsrate untersucht. Dabei zeigte sich, dass die S. aureus-Stämme Newman und RN 6390 im Vergleich zu den S. aureus ATCC-Stämmen 25923, 12600 und 29213 deutlich geringer internalisiert wurden. Sogar S. epidermidis ATCC 12228 wies ihnen gegenüber eine höhere Phagozytoserate auf. Dies verdeutlicht die Begrenzbarkeit von Studien, in denen unterschiedliche S. aureus-Stämme untersucht werden. Die geringen Internalisierungsraten von Newman und RN 6390 lassen sich dabei aus ihren bekannten regulatorischen bzw. funktionellen Gendefekten erklären. Im Rahmen dieser Arbeit wurde darüber hinaus ein Infektionsmodell entwickelt, in dem Makrophagen von BALB/c- und C57BL/6-Mäusen vergleichend bezüglich Phagozytose und intrazellulärem Überleben von S. aureus untersucht wurden. Anders als uns von in-vivo-Infektionsmodellen mit S. aureus bekannt ist, zeigten sich in-vitro keine Unterschiede in der Eliminationsfähigkeit von primären Knochenmarkmakrophagen von C57BL/6- und BALB/c-Mäusen gegenüber intrazellulärem S. aureus. Die genetisch bedingte unterschiedliche Empfänglichkeit der verschiedenen Mausstämme gegenüber einer S. aureus-Infektion beruht wahrscheinlich nicht auf den unterschiedlichen bakteriziden Mechanismen der Makrophagen. Es erfolgten weiterhin Experimente mit primären Knochenmarkmakrophagen von Mäusen mit Defekten im iNOS Gen bzw. der gp91 Untereinheit der NADPH-Oxidase, um die Makrophagen-spezifischen Abwehrmechanismen gegenüber einer S. aureus-Infektion genauer zu charakterisieren. Dabei konnte kein Effekt von bakteriziden oxidativen, oder nitrosativen Effektormechanismen des Makrophagen auf die Phagozytose, oder das intrazelluläre Überleben von S. aureus festgestellt werden, obwohl S. aureus die NO-Produktion in Makrophagen induzierte. Zur Untersuchung der bakteriellen Regulation in der Interaktion mit Makrophagen wurden schließlich S. aureus-Stämme mit Mutationen in den globalen regulatorischen Systemen agr bzw. sae eingesetzt. Agr und sae sind essentielle Regulatoren der S. aureus-Pathogenitätsfaktoren. In vorliegenden Ergebnissen zeigte sich deren Einfluss vor allem bezüglich der Phagozytoserate. Das intrazelluläre Überleben hingegen wurde nur unwesentlich beeinflusst. Während sae sich als entscheidend für die Internalisierung erwies, zeigte agr einen gegensätzlichen Effekt. Agr zeigte sich hingegen verantwortlich für die initiale, kurzzeitige Proliferation von S. aureus in Makrophagen. Weiterhin stellten sich das S. aureus-Oberflächenprotein FnBPA, als auch das extrazelluläre Matrixprotein Fibronektin für die Internalisierung in primäre Makrophagen als essentiell heraus. Diese Ergebnisse zeigten, dass die intrazelluläre Aufnahme von S. aureus in Makrophagen durch verschiedene bakterielle Komponenten stark beein flusst wird.
Enteroviren (EV) sind ein ätiologisches Agens von ZNS-Infektionen. Der schnelle Nachweis einer EV-Infektion mittels PCR hilft auf Grund der guten Prognose die Dauer des Krankenhausaufenthaltes zu verkürzen und unnötige Antibiotikagaben zu reduzieren. Zielstellung dieser Arbeit war es, Informationen über die Prävalenz von EV-Infektionen im Patientengut des Klinikum Greifswald zu erhalten. Mittels anamnestischer, klinischer und virologischer Befunde sollten Daten über die Assoziation von EV-Infektionen mit verschiedenen Krankheitsbildern insbesondere ZNS-Erkrankungen gewonnen werden. Es wurden insgesamt 1372 Proben von 975 Patienten im Zeitraum von Juni 1999 bis Dezember 2001 mittels nRT-PCR analysiert. In einer weiteren nRT-PCR erfolgte die Subdiferenzierung in Coxsackievirus B. Eine RealTime-PCR wurde zur Bestimmung einer diferenten Viruslast eingeführt. Bei ausgewählten Proben wurde eine Sequenzierung vorgenommen. Klinische Daten wurden im Hinblick auf Saisonalität und Altersverteilung untersucht. Mit Hilfe der genannten Methoden konnte in 24,9% der Hospitalisierungen eine EV-Ätiologie belegt werden. Die Infekionen traten in allen Altersgruppen auf, wobei Kinder bis 12 Jahre am häufigsten betroffen waren. Die Hospitalisierungen waren kontinuierlich im ganzen Jahr zu verzeichnen. Peaks ergaben sich im Sommer und Frühherbst. Neben den klassischen ZNS-Erkrankungen und Fieber unklarer Genese wurde auch eine Assozoation mit neonataler Sepsis, Paresen und Erkrankungen bei Immunsupprimierten gefunden. In der Region Greifswald zirkulieren hauptsächlich Coxsackievirus B und ECHO-Virus Serotypen, insbesondere Coxsackievirus B3 und B6 sowie ECHO-Virus 6. Im Hinblick auf die Möglichkeit der gezielten Therapie mittels Pleconaril ist die Diagnose einer EV Infektion besionders bei Neugeborenen und Immunsupprimierten von hoher Relevanz.
Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight-mass spectrometry (MALDI-TOF MS)-based direct-on-target microdroplet growth assay (DOT-MGA) was recently described as a novel method of phenotypic antimicrobial susceptibility testing (AST). Here, we developed the application of MALDI-TOF MS-based DOT-MGA for Gram-positive bacteria including AST from agar cultures and directly from positive blood cultures (BCs) using the detection of methicillin resistance as example. Consecutively collected, a total of 14 methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and 14 methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) clinical isolates were included. Furthermore, a collection of MRSA challenge strains comprising different SCCmec types, mec genes, and spa types was tested. Blood samples were spiked with MRSA and MSSA and positive BC broth processed by three different methods: serial dilution of BC broth, lysis/centrifugation, and differential centrifugation. Processed BC broth was directly used for rapid AST using DOT-MGA. Droplets of 6 μl with and without cefoxitin at the EUCAST breakpoint concentration were spotted in triplicates onto the surface of a MALDI target. Targets were incubated in a humidity chamber, followed by medium removal and on-target protein extraction with formic acid before adding matrix with an internal standard as a quality control (QC). Spectra were acquired and evaluated using MALDI Biotyper software. First, tests were considered as valid, if the growth control achieved an identification score of ≥1.7. For valid tests, same score criterion was used for resistant isolates when incubated with cefoxitin. An identification score <1.7 after incubation with cefoxitin defined susceptible isolates. On-target protein extraction using formic acid considerably improved detection of methicillin resistance in S. aureus and DOT-MGA showed feasible results for AST from agar cultures after 4 h incubation time. Comparing the different processing methods of positive BC broth, lysis/centrifugation method with a final dilution step 10–1 of the 0.5 McFarland suspension resulted in best test performance after 4 h incubation time. Overall, 96.4% test validity, 100% sensitivity, and 100% specificity were achieved for detection of methicillin resistance in clinical isolates. All strains of the MRSA challenge collection were successfully tested as methicillin-resistant. This first study on Gram-positive organisms showed feasibility and accuracy of MALDI-TOF MS-based DOT-MGA for rapid AST of S. aureus from agar cultures and directly from positive BCs.
Untersuchungen zur Assoziation von Enterovirus und Adenovirus Infektionen mit Typ- 1- Diabetes
(2006)
Typ 1-Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung der insulinproduzierenden Betazellen durch zytotoxische T-Lymphozyten führt. Es wird postuliert, dass der Prozeß durch verschiedene genetische Marker und Millieu-Cofaktoren beeinflusst wird. Es gibt Hinweise, dass Virusinfektionen einen T1D triggern können. Es wurden molekularbiologische Methoden zur molekularen Identifikation und Charakterisierung von Enterovirus RNA bzw. Adenovirus DNA etabliert. Es wurden signifikant erhöhte EV-RNA-Sequenzen in Autoantikörper-positiven Kindern und in Kindern mit neu diagnostizierten T1D nachgewiesen. Die Charakterisierung der Enterovirus-Amplicons zeigte eine hohe Homologie mit den Coxsackieviren B2, B4, B6 sowie mit ECHO 6. Für Adenovirus wurden keine Hinweise für eine Assoziation mit T1D gefunden. Die Daten stützen die Hypothese, dass verschiedene Enteroviren ätiologisch bedeutsam als Trigger und/oder Akzellerationsfaktor im Prozeß der T1D-Entwicklung sein können. Im Unterschied zu anderen Studien basieren diese Untersuchungen erstmalig auf einer normalen Schulkindpopulation ohne Verwandschaft ersten Grades zu T1D-Patienten. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit Konzepte für die Präventation und/oder Behandlung von Enterovirusinfektionen zu entwickeln.