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Bei dem gramnegativen Pathogen Burkholderia pseudomallei, auch bekannt als Erreger der ‘Melioidose’, handelt es sich um einen saprophytischen Bodenbewohner, der in den tropischen und subtropischen Regionen Südostasiens und Nordaustraliens endemisch verbreitet ist. Als fakultativ intrazellulärer Erreger ist B. pseudomallei neben einer Vielzahl nicht phagozytierender Zellen auch in professionellen Phagozyten zur Replikation fähig. In Makrophagen sind cytosolische NOD-like Rezeptoren (NLR) als Bestandteil der angeborenen Immunabwehr maßgeblich an der Erkennung intrazellulärer Gefahrensignale beteiligt. Bei entsprechender Signalgebung wird durch Assemblierung eines als ‘Inflammasom’ bezeichneten Multiproteinkomplexes die Rekrutierung und nachfolgende Autoaktivierung von Caspase-1 bewirkt. Nach Infektion mit B. pseudomallei geht die Aktivierung von Caspase-1 in Verbindung mit dem NOD-like Rezeptor Nlrp3 mit der Prozessierung und Sekretion der Cytokine IL-1β und IL-18 einher, wohingegen der Sensor Nlrc4 in erster Linie für die Induktion einer inflammatorischen Form des Zelltodes namens ‘Pyroptose’ verantwortlich ist. Da der Knockout von Caspase-1 bei muriner Melioidose einen signifikanten Anstieg der Mortalitätsrate nach sich zieht, sollten in der vorliegenden Arbeit Caspase-1-vermittelte Effektormechanismen gegenüber B. pseudomallei näher untersucht werden. Infolge der Infektion muriner C57BL/6 Makrophagen mit B. pseudomallei wurde bereits 60 Minuten post infectionem eine Caspase-1 und -9-abhängige Prozessierung von Caspase-7 sowie des DNA-Reparaturenzyms PARP deutlich. Als verantwortlicher Sensor ist hierbei der NOD-like Rezeptor Nlrc4 identifiziert worden. Obwohl in Caspase-1/11 knockout Makrophagen während der Frühphase der Infektion keine Spaltprodukte der drei genannten Caspasen vertreten waren, konnte zu späteren Zeitpunkten eine massive Aktivierung der apoptotischen Caspasen-8, -9, -3 und -7 sowie der Stress-induzierten MAP-Kinasen JNK und p38 beobachtet werden. Vergleichende Proteomanalysen B. pseudomallei-infizierter C57BL/6 Makrophagen ließen ebenfalls eine verstärkte Expression proapoptotischer und proinflammatorischer Signalmoleküle in Caspasen-1/11-defizienten Makrophagen erkennen. Im Gegensatz dazu wies der Knockout von Caspase-7 nach Infektion mit B. pseudomallei weder in vitro noch in vivo einen charakteristischen Phänotyp auf. Im Vergleich zu B. pseudomallei konnte durch die Infektion mit der avirulenten Spezies Burkholderia thailandensis erst bei verhältnismäßig hohen Infektionsdosen eine sichtbare Prozessierung der Caspasen-1, -9 und -7 in C57BL/6 Makrophagen erreicht werden. Darüber hinaus wurde trotz einem mit B. pseudomallei vergleichbaren Replikationsvermögen, ein geringeres Maß an Pyroptose in B. thailandensis - infizierten Makrophagen nachgewiesen. Zur Identifizierung, welche bakteriellen Komponenten von B. pseudomallei für die Aktivierung von Caspase-1 verantwortlich sind, wurden zwei Deletionsmutanten der Bsa T3SS-Proteine BopE und BsaK hergestellt. Dem Bsa T3SS konnte in vorausgehenden Studien eine wesentliche Funktion für die Virulenz von B. pseudomallei im Tiermodell zugeschrieben werden und dessen Bestandteile weisen Homologien zu den Inv/Mxi-Spa-Sekretionssystemen von S. typhimurium und S. flexneri auf. Die Aktivierung der Caspasen-1, -9 und -7 sowie die Spaltung von PARP wurde durch die Infektion muriner Makrophagen mit der Mutante des ‘inner rod proteins’ BsaK vollständig aufgehoben, wohingegen die Mutagenese des Effektors BopE keinen Einfluss ausübte. Neben einer verminderten Freisetzung von LDH und IL-1β konnte dabei auch ein Anstieg der intrazellulären Keimzahl in ΔBsaK-infizierten Makrophagen verzeichnet werden. Demgegenüber führte die Verwendung einer Flagellin-Transposonmutante lediglich zu einer Reduktion der B. pseudomallei-induzierten Prozessierung der Caspase-1, -9 und -7 sowie der Spaltung von PARP. Mittels Überexpressionsstudien in HEK-293 Zellen konnte ferner die potentielle Fähigkeit des Bsa T3SS-Effektors BopE zur Aktivierung von Caspase-1 in Abhängigkeit von der Funktionalität der BopE-eigenen GEF-Domäne demonstriert werden. In verschiedenen in vivo Experimenten wurde gezeigt, dass ΔBsaK-infizierte BALB/c Mäuse im Vergleich zum Wildtyp und in Verbindung mit geringen Keimzahlen in Lunge, Leber und Milz durch eine signifikant verminderte Mortalitätsrate sowie eine Reduktion proinflammatorischer Mediatoren gekennzeichnet sind. Insgesamt betrachtet zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass BsaK, als strukturelle Komponente des Bsa Typ-III-Sekretionsapparates, in murinen Makrophagen sowohl für die B. pseudomallei-induzierte Aktivierung der Caspasen-1, -9 und -7 durch das Nlrc4-Inflammasom als auch den nachfolgenden pyroptotischen Zelltod verantwortlich ist. Durch die Attenuierung der BsaK-Mutante im Mausmodell wird gleichzeitig die Bedeutung von Typ-III-Sekretionssystemen für die Virulenz pathogener Bakterien unterstrichen.
Coagulase-negative staphylococci (CoNS) are common opportunistic pathogens, but also ubiquitous human and animal commensals. Infection-associated CoNS from healthcare environments are typically characterized by pronounced antimicrobial resistance (AMR) including both methicillin- and multidrug-resistant isolates. Less is known about AMR patterns of CoNS colonizing the general population. Here we report on AMR in commensal CoNS recovered from 117 non-hospitalized volunteers in a region of Germany with a high livestock density. Among the 69 individuals colonized with CoNS, 29 had reported contacts to either companion or farm animals. CoNS were selectively cultivated from nasal swabs, followed by species definition by 16S rDNA sequencing and routine antibiotic susceptibility testing. Isolates displaying phenotypic AMR were further tested by PCR for presence of selected AMR genes. A total of 127 CoNS were isolated and Staphylococcus epidermidis (75%) was the most common CoNS species identified. Nine isolates (7%) were methicillin-resistant (MR) and carried the mecA gene, with seven individuals (10%) being colonized with at least one MR-CoNS isolate. While resistance against gentamicin, phenicols and spectinomycin was rare, high resistance rates were found against tetracycline (39%), erythromycin (33%) and fusidic acid (24%). In the majority of isolates, phenotypic resistance could be associated with corresponding AMR gene detection. Multidrug-resistance (MDR) was observed in 23% (29/127) of the isolates, with 33% (23/69) of the individuals being colonized with MDR-CoNS. The combined data suggest that MR- and MDR-CoNS are present in the community, with previous animal contact not significantly influencing the risk of becoming colonized with such isolates.
The pUS3, a serine/threonine protein kinase that is conserved in Alphaherpesvirinae may play an important in phosphorylation and regulation of the activities of viral and cellular proteins. It has also been proposed that pUS3 affects virulence. Whereas many studies of the pUS3 functions of HSV-1 and PrV, a closely related homolog of BHV-1 have supported these assumptions, the role of BHV-1pUS3 is not yet fully understood so far. The aims of this study therefore were to investigate the functions of BHV-1pUS3 for virus replication in cultured cells, effect on apoptosis and identification of protein interactions with cellular proteins and addressed the function of the aminoterminal region by generating a short isoform of BHV-1pUS3 which corresponds in size to the natural short isoforms of PrVpUS3 and HSV-1pUS3. Results of the study are briefly summarized here: -BHV-1pUS3 is, although not essential, beneficial for infectious replication of BHV-1 in-vitro. It also supports direct cell-to-cell spread of BHV-1/Aus12 and prevents the formation of electron dense aggregates with embedded capsids in nuclei of BHV-1 infected cells, a phenotype that may affect nuclear egress of BHV-1 nucleocapsids. -The protein, independent from other BHV-1 encoded functions, located mainly to the nuclei of cells. -In contrast to functions of pUS3 in PrV and HSV-1, the protein of BHV-1 has no anti-apoptotic activity. -Biologically active BHV-1pUS3 physically interacts with the cellular SET protein and overexpression of SET, independent from the expression of the protein, inhibits productive BHV-1 replication in a dose dependent manner. -The aminoterminal 101 amino acids of the protein are dispensable for all in-vitro functions tested whereas kinase activity is required.
Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung von zwei putativen Virulenzgenen von Burkholderia pseudomallei. Es wurde ein klassischer LysR-Typ Transkriptionsregulator (BPSL0117) mittels Tn5 Mutagenese als wichtiger Virulenzfaktor gefunden und mit verschiedenen in vitro, in vivo und weiterer molekularer Methoden wie gelfreie Proteomics untersucht. Daneben wurde ein hypothetisches Protein (BPSS1528 = bapA) mit unbekannter Funktion aus einen Typ-III-Sekretionssystem gezielt deletiert und funktionell beschrieben. Diese Mutante wies letztlich keine eingeschränkte Virulenz im Vergleich zum Wildtypstamm aus.
Für die Bekämpfung bakterieller Infektionen ist das angeborene Immunsystem von essenzieller Bedeutung. Im Rahmen dieser Promotion wurden murine angeborene Immunmechanismen bei systemischer Infektion mit Burkholderia pseudomallei, dem gram-negativen Erreger der Melioidose, sowie pulmonaler Infektion mit dem gram-positiven Erreger Staphylococcus aureus bei genetisch heterogenen BALB/c- und C57BL/6-Mäusen untersucht. Für in vitro-Untersuchungen wurde zunächst im ersten Teil eine Methode zur serumfreien Kultivierung von primären Makrophagen aus murinen Knochenmarkstammzellen unter Verwendung des lipoproteinreduzierten Serumsupplements Panexin® etabliert. Derart kultivierte Makrophagen von BALB/c- und C57BL/6-Mäusen wiesen wichtige Effektor-funktionen wie die Fc-Rezeptor-vermittelte Phagozytose und bakterizide Aktivität auf. Außerdem gelang es, die in der Literatur unter FCS-Bedingungen beschriebenen polarisierten Makrophagen-Phänotypen auch unter serumfreien Bedingungen funktionell nachzuweisen. So wiesen C57BL/6-Makrophagen im Vergleich zu BALB/c-Makrophagen ein deutlich höheres bakterizides Potenzial gegenüber B. pseudomallei auf und produzierten größere Mengen des zytotoxischen Stickoxids, unterschieden sich jedoch nicht in ihrer Fähigkeit, E. coli zu eliminieren. Im zweiten Teil der Arbeit konnte mithilfe dieses standardisierten Zellkultursystems gezeigt werden, dass Caspase-1 bereits in der Frühphase der B. pseudomallei-Infektion IFNγ-unabhängig für die bakterizide Potenz der Makrophagen erforderlich ist, die Caspase-1-Aktivität andererseits im gleichen Zeitraum jedoch eine Zunahme des zytotoxischen Erregereffektes verursacht. Durch die gestörte intrazelluläre Erregerelimination unmittelbar nach Infektion kam es im weiteren zeitlichen Verlauf zur Zunahme des erregerabhängigen Zelltodes, für den in der Literatur allerdings ursächlich auch das Fehlen verzögerter Caspase-1-abhängiger protektiver Effekte diskutiert wird. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Caspase-1 eine essenzielle Bedeutung für die in vivo-Resistenz und Generierung der inflammatorischen Zytokinantwort hat, welche zur Überwindung der akuten Infektion beiträgt. Während die Caspase-1-Expression bei unterschiedlich empfänglichen BALB/c- und C57BL/6-Makrophagen nach Infektion vergleichbar war, könnte die gesteigerte IL-1β-Produktion bei resistenteren C57BL/6-Makrophagen darauf hinweisen, dass unterschiedliche Aktivitäten des Enzyms in Mausstämmen mit unterschiedlichen genotypischen Eigenschaften den Verlauf der murinen Melioidose beeinflussen. Im letzten Teil dieser Dissertation wurde erstmals am Beispiel von BALB/c- und C57BL/6-Mäusen ein vergleichendes S. aureus-Pneumoniemodell entwickelt, bei dem BALB/c-Mäuse neben einer höheren Empfänglichkeit auch eine verminderte Fähigkeit aufwiesen, den Erreger aus der Lunge zu eliminieren. Während neutrophile Granulozyten für das Überleben erforderlich waren und die Organkeimzahlen signifikant zu reduzieren vermochten, steigerten Makrophagen die Mortalität, ohne jedoch Einfluss auf die Bakterienelimination zu haben. Für diese Mortalitätszunahme könnte eine überschießende Zytokinantwort mit der Folge eines Zytokinschocks verantwortlich sein. Schließlich wurde gezeigt, dass das bakterielle sae-Regulon, welches die Expression verschiedener bakterieller Proteine steuert, sowohl für die Virulenz, als auch für die intrapulmonale Persistenz des Erregers in diesem Infektionsmodell von entscheidender Bedeutung ist. Die zu beobachtenden Unterschiede in Mortalität und Organkeimzahlen belegen zugleich, dass das etablierte Mausmodell eine für die Untersuchung bakterieller Virulenzfaktoren ausreichende Sensitivität aufweist.
Adenovirus-assoziierte Infektionen führen in immunkompetenten und immunsupprimierten Patienten zu signifikanter Morbidität und Mortalität. Bisher gibt es keine effektive antivirale Chemotherapie. Die inhibitorische Aktivität von 20 strukturmodifizierten Nukleosidanaloga gegenüber ADV 7 und ADV 19 auf zellulärer Ebene wurde mittels Fluoreszenzfokusreduktionsassay untersucht. Starke selektive Hemmer der ADV-Replikation waren die Substanzen 2',3'-Didesoxyadenosin (ddA), 2',3'-Didesoxycyitidin (ddC), 3'-Azido-2'-desoxyadenosin (N3AdR), 3'-Fluor-2'-desoxythymidin (FTdR) und 3'-Fluor-2'-desoxyguanosin. Gegenüber ADV 7 waren die Substanzen FTdR (IC50 6,1 µM), NsAdR (IC50 4,75 µM), ddC (IC50 3,1 µM) ddA (IC50 2,8 µM) und gegenüber ADV 19 die Substanzen FTdR (IC50 1,3 µM), FGdR (IC50 1,0 µM) und ddC (IC50 5,5 µM) die effektivsten antiviralen Substanzen. Die antivirale Wirkung der Nukleosidtriphosphatanaloga auf die ADV-Polymeraseaktivität auf molekularer Ebene wurde mittels ADV-Polymeraseassay untersucht. Die Synthese der ADV-Polymerase erfolgte unter Nutzung eines rekombinanten Ad pol Baculovirus Systems. Spodoptera frugiperda Zellen wurden mit rekombinantem Acpol 14 A infiziert um ausreichende Mengen ADV-Polymerase zu weiteren in-vitro-Untersuchungen zu erhalten. Sechs Nukleosidtriphosphat-Analoga wurden evaluiert. Die ermittelten Konzentrationen zur Hemmung der ADV DNA-Polymeraseaktivität um 50 % (IC50) lagen im Bereich von 0,63 bis 2,96 µM. Wirksamste Substanzen waren FTdR, FGdR und ddC.
Die Segmentierung des Influenza-A-Virusgenoms und die damit verbundene Möglichkeit des Reassortments sind von großer Bedeutung für die Adaptation an einen neuen Wirt und die Entstehung von Pandemien. So wurden verschiedene Influenza-Pandemien des letzten Jahrhunderts durch ein humanes Virus ausgelöst, das mindestens das Hämagglutinin (HA) eines aviären Influenza-A-Virus übernommen hatte. Mit Hilfe der Reversen Genetik ist es möglich, den Austausch von Segmenten zwischen verschiedenen Influenza-Viren detailliert zu untersuchen. Es können Erkenntnisse zur Art und Häufigkeit von Reassortments gewonnen werden, die zu einem besseren Verständnis der Entstehung potentiell pandemischer Viren führen. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst die revers-genetische Methode der target-primed plasmid amplification erfolgreich zur Generierung des vollständigen Plasmidsatzes des c-DNA-Genoms des humanen Influenza-A-Virus A/Denver/57 (H1N1) angewendet. Die Funktionsfähigkeit des klonierten Plasmidsatzes konnte durch Kotransfektionsexperimente gezeigt werden. In einem nächsten Schritt wurde eine PCR etabliert, welche die simultane Amplifikation der cDNA der NS-, M-, NA- und NP-Segmente eines beliebigen Influenza-A-Virus ermöglicht und damit die zeitaufwendige Klonierung der Influenza-Gene deutlich beschleunigt. Dafür wurde ein Primerpaar entwickelt, das an die konservierten Termini der Gensegmente bindet, aber am 3-Ende um die Gen-spezifischen Nukleotide verkürzt ist. Mit den entwickelten Primern kann außerdem das komplette Neuraminidase-Gen unabhängig vom Subtyp amplifiziert werden. In einer Reassortmentstudie konnte die etablierte PCR zur effektiven Genotypisierung eingesetzt werden. Gegenstand der Reassortmentstudie war die Frage, ob sich ältere und jüngere aviäre Stämme in ihrer Fähigkeit, ihr HA an einen humanen Stamm abzugeben, unterscheiden. Außerdem sollte untersucht werden, welche Segmente mit dem aviären HA kosegregieren. Dafür wurden Doppelinfektionsversuche mit jeweils einem der beiden aviären Influenza-Viren A/Duck/Ukraine/1/63 (H3N8) (DkUkr63) bzw. A/Mallard/Germany/Wv64-67/05 (H3N2) (MallGer05) und dem humanen Influenza-Virus A/Hongkong/1/68 (H3N2) (Hk68) durchgeführt. Das Einführen einer Elastase-abhängigen HA-Schnittstelle in das humane Virus Hk68 ermöglichte eine effektive Selektion von Reassortanten mit aviärem HA. Unter den jeweils 21 untersuchten Plaqueisolaten gab es 16 (DkUkr63) bzw. 18 (MallGer05) Reassortanten, die mindestens das aviäre HA erworben hatten. Geringe Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Reassortanten lieferte Hinweise bezüglich Beschränkungen im Reassortment. Bei der Genotypisierung der Plaqueisolate wurden für DkUkr63 sieben und für MallGer05 vierzehn verschiedene Reassortantenspezies gefunden. Dies deutet darauf hin, dass der Austausch der Segmente von DkUkr63 gegenüber denen von MallGer05 stärker eingeschränkt ist. Bemerkenswert war die häufige Kosegregation des NA mit HA beider Vogelviren. Die Wachstumskinetik auf humanen A549-Zellen zeigte darüber hinaus auch eine gute Replikation für alle HA/NA-Reassortanten. Beide Viren geben also ihr HA wie auch ihr NA leicht an einen humanen Stamm ab. Andererseits war die geringe Häufigkeiten von PB2- im Vergleich zu PB1-Reassortanten auffällig. Dies deutet darauf hin, dass der Austausch des PB2-Segments im Vergleich zu PB1 stärker eingeschränkt ist. Eine der am besten replizierenden Reassortanten wies mit PB1, HA und NA von DkUkr63 die gleiche Genkonstellation auf wie das Pandemievirus der Asiatischen Grippe von 1957. Die Auswertung der Plaque-Morphologie ergab, dass die Plaque-Größe der Reassortanten von der Herkunft des NA abhängig ist. Verglichen mit dem eingeschränkten Wachstum des aviären Elternvirus DkUkr63 zeigten die meisten seiner Reassortanten ein besseres Wachstum auf humanen A549-Zellen. Das jüngere aviäre Elternvirus MallGer05 erreicht fast den Endtiter des humanen Hk68 und auch die meisten Reassortanten zeigten mit Hk68 vergleichbare Endtiter. Es wurden aber für beide Vogelviren auch einige Reassortanten gefunden, deren Replikation deutlich vermindert war, was auf eine geringe Kompatibilität der jeweiligen Segmente hindeutet. Sowohl für den älteren als auch für den jüngeren aviären Elternstamm wurden unter den gewählten Selektionsbedingungen verschiedene HA-Reassortanten mit guter Replikationsfähigkeit gefunden. Dementsprechend könnten auch unter natürlichen Bedingungen sogar niedrig pathogene aviäre Influenza-A-Viren mit geringer Adaptation an einen humanen Wirt bei Koinfektionen mit humanen Viren zur Bildung von neuen, potentiell pandemischen Viren beitragen.
Global and even national genome surveillance approaches do not provide the resolution necessary for rapid and accurate direct response by local public health authorities. Hence, a regional network of microbiological laboratories in collaboration with the health departments of all districts of the German federal state of Mecklenburg-Western Pomerania (M-V) was formed to investigate the regional molecular epidemiology of circulating SARS-CoV-2 lineages between 11/2020 and 03/2022. More than 4750 samples from all M-V counties were sequenced using Illumina and Nanopore technologies. Overall, 3493 (73.5%) sequences fulfilled quality criteria for time-resolved and/or spatially-resolved maximum likelihood phylogenic analyses and k-mean/ median clustering (KMC). We identified 116 different Pangolin virus lineages that can be assigned to 16 Nextstrain clades. The ten most frequently detected virus lineages belonged to B.1.1.7, AY.122, AY.43, BA.1, B.1.617.2, BA.1.1, AY.9.2, AY.4, P.1 and AY.126. Time-resolved phylogenetic analyses showed the occurrence of virus clades as determined worldwide, but with a substantial delay of one to two months. Further spatio-temporal phylogenetic analyses revealed a regional outbreak of a Gamma variant limited to western M-V counties. Finally, KMC elucidated a successive introduction of the various virus lineages into M-V, possibly triggered by vacation periods with increased (inter-) national travel activities. The COVID-19 pandemic in M-V was shaped by a combination of several SARS-CoV-2 introductions, lockdown measures, restrictive quarantine of patients and the lineage specific replication rate. Complementing global and national surveillance, regional surveillance adds value by providing a higher level of surveillance resolution tailored to local health authorities.
Hand hygiene is a cornerstone of infection prevention. However, few data are available for school children on their knowledge of infectious diseases and their prevention. The aim of the study was to develop and apply a standardized questionnaire for children when visiting primary schools to survey their knowledge about infectious diseases, pathogen transmission and prevention measures. Enrolling thirteen German primary schools, 493 questionnaires for grade three primary school children were included for further analyses, comprising 257 (52.1%) girls and 236 (47.9%) boys with an age range of 8–11 years. Out of 489 children, 91.2% participants indicated that they knew about human-to-human transmissible diseases. Of these, 445 children responded in detail, most frequently mentioning respiratory and gastrointestinal diseases, followed by childhood diseases. Addressing putative hygiene awareness-influencing factors, it was worrisome that more than 40.0% of the children avoided visiting the sanitary facilities at school. Most of the children (82.9%) noted that they did not like to use the sanitary facilities at school because of their uncleanliness and the poor hygienic behavior of their classmates. In conclusion, basic infection awareness exists already in primary school age children. Ideas about the origin and prevention of infections are retrievable, however, this knowledge is not always accurate and adequately contextualized. Since the condition of sanitary facilities has a strong influence on usage behavior, the child’s perspective should be given more consideration in the design and maintenance of sanitary facilities.
Drug alternatives to combat methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in human and animal healthcare are urgently needed. Recently, the recombinant bacteriophage endolysins, PRF-119 and its successor substance HY-133, have proven to be highly active against various S. aureus clonal lineages and to exhibit a very rapid bactericidal effect when standard methods for susceptibility testing are applied. Along with subsequent growth curve experiments, a re-growth phenomenon was observed in vitro necessitating its clarification for the assessment of the agent’s stability and activity as well as for methodological aspects of endolysin testing in general. Distinct in vitro parameters were comparatively examined applying also scanning electron microscopy, fluorescence assays and SDS-PAGE analysis. The shape and material of the culture vessels as well as the shaking conditions were identified as factors influencing the in vitro stability and activity of HY-133. The highest function maintenance was observed in plain centrifuge tubes. Based on this, the conditions and parameters of assays for testing the antimicrobial activities of phage endolysins were determined and adjusted. In particular, shear forces should be kept to a minimum. Our results form the basis for both future test standardization and re-growth-independent experiments as prerequisites for exact determination of the antimicrobial activities of engineered endolysins.
Abstract
Multiple G‐tracts within the promoter region of the c‐myc oncogene may fold into various G‐quadruplexes with the recruitment of different tracts and guanosine residues for the G‐core assembly. Thermodynamic profiles for the folding of wild‐type and representative truncated as well as mutated sequences were extracted by comprehensive DSC experiments. The unique G‐quadruplex involving consecutive G‐tracts II–V with formation of two one‐nucleotide and one central two‐nucleotide propeller loop, previously proposed to be the biologically most relevant species, was found to be the most stable fold in terms of its Gibbs free energy of formation at ambient temperatures. Its stability derives from its short propeller loops but also from the favorable type of loop residues. Whereas quadruplex folds with long propeller loops are significantly disfavored, a snap‐back loop structure formed by incorporating a 3’‐terminal guanosine into the empty position of a tetrad seems highly competitive based on its thermodynamic stability. However, its destabilization by extending the 3’‐terminus questions the significance of such a species under in vivo conditions.
The coagulase-negative staphylococcal (CoNS) species Staphylococcus lugdunensis is unique in causing serious infections in humans that resemble those of Staphylococcus aureus rather than those of other CoNS species. The colonization and invasion of host tissue presupposes the presence of adherence factors, but only a few proteins mediating adhesion of S. lugdunensis to biotic surfaces are known yet. Here, we report on the functionality of the S. lugdunensis enolase (SlEno), which performs two distinct roles, first, as the metabolic enzyme of the glycolysis, and second, as an adherence factor to the extracellular matrix (ECM) of cells. Phylogenetic analyses of the SlEno confirmed their high conservation to enolases of other species and revealed a closer relationship to Staphylococcus epidermidis than to S. aureus. Using matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry and Western blot experiments, we identified SlEno to be located in the cytoplasm as well as on the cell surface of S. lugdunensis. Recombinantly generated and surface-associated SlEno showed the usual enolase activity by catalyzing the conversion of 2-phosphoglycerate to phosphoenolpyruvate but, in addition, also displayed strong binding to immobilized laminin, fibronectin, fibrinogen, and collagen type IV in a dose-dependent manner. We also showed a strong binding of SlEno to plasminogen (Plg) and observed a tissue plasminogen activator (tPA)-dependent conversion of Plg to plasmin (Pln) whereby the Plg activation significantly increased in the presence of SlEno. This interaction might be dependent on lysines of the SlEno protein as binding to Plg was inhibited by ε-aminocaproic acid. Furthermore, the enhanced activation of the Plg/Pln system by SlEno enabled S. lugdunensis to migrate through a fibrin matrix. This migration was about 10-fold higher than without exogenously added SlEno. Finally, we observed a significantly higher clearance of S. lugdunensis by freshly prepared granulocytes and in the presence of anti-SlEno antibodies. In conclusion, these data demonstrate for the first time a moonlighting function of the S. lugdunensis enolase, which is an underrated virulence factor for colonization and invasion of tissues. Hence, SlEno might be a potential vaccine candidate to prevent severe infections caused by this pathogen.
Das gramnegative Bakterium Burkholderia pseudomallei ist der Erreger der Melioidose. Die Virulenz von B. pseudomallei steht in engem Zusammenhang mit dessen Fähigkeit,intrazellulär überleben zu können. B. pseudomallei verfügt über eine Vielzahl von Sekretionssystemen, von denen das Typ-III-Sekretionssytem-3 (T3SS-3) und das Typ-VI-Sekretionssystem-1 (T6SS-1) eine wichtige Rolle für den intrazellulären Überlebenszyklus und die Virulenz des Erregers im Säuger spielen. Das Gen bsaU ist im Gencluster des T3SS-3 und das Gen BPSS1504 im Cluster des T6SS-1 lokalisiert. Beide gehören nicht zu den konservierten Genen dieser Sekretionssysteme und kodieren für hypothetische Proteine mit unbekannter Funktion. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Rolle von bsaU und BPSS1504 im intrazellulären Lebenszyklus von B. pseudomallei und für die Virulenzeigenschaften dieses Erregers näher zu untersuchen, sowie Hinweise auf die Funktionen der durch bsaU und BPSS1504 kodierten Proteine zu gewinnen. Hierfür wurden markerlose Deletionsmutanten der Gene bsaU und BPSS1504 hergestellt und die Mutanten B. pseudomallei ΔBPSS1504 und B. pseudomallei ΔbsaU komplementiert. Die Mutante B. pseudomallei ΔBPSS1504 zeigte im Zellkulturmodel Defekte in der intrazellulären Replikation, eine reduzierte Zytotoxizität und war unfähig, die Bildung von vielkernigen Riesenzellen zu induzieren, während die Fähigkeit Aktinpolymerisationen zu induzieren scheinbar nicht von der BPSS1504-Deletion beeinträchtigt wurde. Die Charakterisierung von B. pseudomallei ΔBPSS1504 in vivo zeigte eine etwa 1000-fache Virulenzattenuierung nach intranasaler Infektion von BALB/c-Mäusen. Durch Komplementation von BPSS1504 konnte der Wildtyp-Phänotyp wieder hergestellt werden. Ähnliche Phänotypen wie die von B. pseudomallei ΔBPSS1504 wurden kürzlich auch von Mutanten des T6SS-1-Effektorproteins Hcp1, der T6SS-1-Strukturkomponenten TssA/B und der T6SS-1 Regulatoren VirA/G und BprC berichtet. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass B. pseudomallei ΔBPSS1504 eine normale Expression von Schlüsselgenen des T6SS-1 inklusive hcp1, vgrG, tssA und dessen Regulatoren virA/G, bprC und bsaN aufwies. Weiterhin wies eine normale Hcp1-Sekretion darauf hin, dass die Funktionalität des T6SS-1 nicht von der BPSS1504-Deletion von beeinträchtigt wurde. Diese Daten legen nahe, dass die beobachteten Phänotypen von B. pseudomallei ΔBPSS1504, im Gegensatz zu den Phänotypen bisher bekannter Mutanten des T6SS-1,unabhängig von Hcp1 sind. Des Weiteren blieb auch die Funktion des T3SS-3 von der BPSS1504-Deletion unbeeinträchtigt, da das T3SS-3-Effektorprotein BopE und das Translokatorprotein BipD von B. pseudomallei ΔBPSS1504 normal sekretiert wurden. Ähnlich wie bei B. pseudomallei ΔBPSS1504, jedoch weniger stark ausgeprägt,konnten auch bei B. pseudomallei ΔbsaU Einschränkungen in der intrazellulären Replikation, eine verringerte Zytotoxizität sowie eine verzögerte Induktion der Riesenzellbildung gefunden werden. Die reduzierte Zytotoxizität von B. pseudomallei ΔbsaU ging mit Defekten in der Aktivierung der apoptotischen Caspase-7 sowie der pyroptotischen Caspase-1 einher. B. pseudomallei ΔbsaU konnte, wie Mutanten der T3SS-3-Gene bsaZ,bsaQ und bipD nur verzögert aus dem Endolysosomen ausbrechen. Dieser Effekt konnte durch Komplementation des bsaU-Gens zumindest teilweise wieder aufgehoben werden, was zeigt, dass es sich hierbei nicht um polare Effekte auf andere Gene handelt.
Antibiotic resistance is increasing worldwide making it necessary to search for alternative antimicrobials. Sodium bituminosulfonate is a long-known substance, whose antimicrobial inhibitory activity has recently been re-evaluated. However, to the best of our knowledge, the bactericidal mode of action of this substance has not been systematically characterized. The aim of this study was to investigate the in vitro bactericidal activity of sodium bituminosulfonate by determining the minimal bactericidal concentrations (MBC), as well as the rapidity of bactericidal effect by time-kill curves. Clinical isolates of methicillin-susceptible (MSSA, n = 20) and methicillin-resistant (mecA/mecC-MRSA, n = 20) Staphylococcus aureus were used to determine MBC by a broth microdilution method. Sodium bituminosulfonate (Ichthyol® light) was tested in double-dilution concentration steps ranging from 0.03 g/L to 256 g/L. For time-kill analysis, two reference and two clinical S. aureus strains were tested with different concentrations of sodium bituminosulfonate (1× minimal inhibitory concentration (MIC), 2× MIC, 4× MIC, 16× MIC and 256× MIC). For MSSA isolates, MBC50, MBC90 and the MBC range were 0.5 g/L, 1.0 g/L and 0.125–1.0 g/L; (MBC/MIC ratio)50, (MBC/MIC ratio)90 and the range of the MBC/MIC ratio were 4, 4 and 1–8, respectively. Among MRSA isolates, MBC50, MBC90 and the MBC range amounted to 0.5 g/L, 1.0 g/L and 0.06–1.0 g/L; (MBC/MIC ratio)50, (MBC/MIC ratio)90 and the range of the MBC/MIC ratio were 2, 4 and 1–8, respectively. Time-kill kinetics revealed a bactericidal effect after 30 min for sodium bituminosulfonate concentrations of 16× MIC and 256× MIC. The bactericidal activity against MSSA and MRSA was demonstrated for sodium bituminosulfonate. The killing was very rapid with the initial population reduced by 99.9% after only short incubation with concentrations of 16× MIC and higher.
Counting of microbial colonies is a common technique employed in research and diagnostics. To simplify this tedious and time-consuming process, automated systems have been proposed. This study aimed to elucidate the reliability of automated colony counting. We evaluated a commercially available instrument (UVP ColonyDoc-It Imaging Station) in regard to its accuracy and potential time savings. Suspensions of Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Enterococcus faecium, and Candida albicans (n = 20 each) were adjusted to achieve growth of approximately 1,000, 100, 10, and 1 colony per plate, respectively, after overnight incubation on different solid media. Compared with manual counting, each plate was automatically counted by the UVP ColonyDoc-It with and without visual adjustment on a computer display. For all bacterial species and concentrations automatically counted without visual correction, an overall mean difference from manual counts of 59.7%, a proportion of isolates with overestimation/underestimation of colony numbers of 29%/45%, respectively, and only a moderate relationship (R2 = 0.77) with the manual counting were shown. Applying visual correction, the overall mean difference from manual counts was 1.8%, the proportion of isolates with overestimation/underestimation of colony numbers amounted to 2%/42%, respectively, and a strong relationship (R2 = 0.99) with the manual counting was observed. The mean time needed for manual counting compared with automated counting without and with visual correction was 70 s, 30 s, and 104 s, respectively, for bacterial colonies through all concentrations tested. Generally, similar performance regarding accuracy and counting time was observed with C. albicans. In conclusion, fully automatic counting showed low accuracy, especially for plates with very high or very low colony numbers. After visual correction of the automatically generated results, the concordance with manual counts was high; however, there was no advantage in reading time.
IMPORTANCE Colony counting is a widely utilized technique in the field of microbiology. The accuracy and convenience of automated colony counters are essential for research and diagnostics. However, there is only sparse evidence on performance and usefulness of such instruments. This study examined the current state of reliability and practicality of the automated colony counting with an advanced modern system. For this, we thoroughly evaluated a commercially available instrument in terms of its accuracy and counting time required. Our findings indicate that fully automatic counting resulted in low accuracy, particularly for plates with very high or very low colony numbers. Visual correction of the automated results on a computer screen improved concordance with manual counts, but there was no benefit in counting time.
Summary
Roundup® is the brand name for herbicide solutions containing glyphosate, which specifically inhibits the 5‐enolpyruvyl‐shikimate‐3‐phosphate (EPSP) synthase of the shikimate pathway. The inhibition of the EPSP synthase causes plant death because EPSP is required for biosynthesis of aromatic amino acids. Glyphosate also inhibits the growth of archaea, bacteria, Apicomplexa, algae and fungi possessing an EPSP synthase. Here, we have characterized two glyphosate‐resistant bacteria from a Roundup solution. Taxonomic classification revealed that the isolates 1CH1 and 2CH1 are Burkholderia anthina and Burkholderia cenocepacia strains respectively. Both isolates cannot utilize glyphosate as a source of phosphorus and synthesize glyphosate‐sensitive EPSP synthase variants. Burkholderia. anthina 1CH1 and B. cenocepacia 2CH1 tolerate high levels of glyphosate because the herbicide is not taken up by the bacteria. Previously, it has been observed that the exposure of soil bacteria to herbicides like glyphosate promotes the development of antibiotic resistances. Antibiotic sensitivity testing revealed that the only the B. cenocepacia 2CH1 isolate showed increased resistance to a variety of antibiotics. Thus, the adaptation of B. anthina 1CH1 and B. cenocepacia 2CH1 to glyphosate did not generally increase the antibiotic resistance of both bacteria. However, our study confirms the genomic adaptability of bacteria belonging to the genus Burkholderia.
Um die Einflüsse von Ureaplasmen und dessen Biovaren in der Schwangerschaft zu untersuchen wurden 107 mit Ureaplasmen besiedelte Schwangere mit 109 nicht besiedelten Schwangeren verglichen. Die mit Ureaplasmen besiedelten Mütter waren durchschnittlich jünger, berichteten vermehrt von anamnestischen Fehlgeburten und zeigten häufiger Fieber unter der Geburt als die nicht besiedelten. Die Gestationsdauer war in der Ureaplasmengruppe verkürzt. In der positiv getesteten Gruppe zeigten sich signifikant mehr Kinder mit vermindertem Geburtsgewicht, reduzierter Körpergröße, tieferen APGAR-Werten, reduzierten Wachstumsmerkmalen und geringerem Kopfumfang. Weiterhin trat bei den Kindern positiver Mütter ein ARDS-Syndrom mit einer Notwendigkeit zur Intensivtherapie und Intubation häufiger auf. Eine vaginale Dysbiose war nicht mit einer Ureaplasmenbesiedlung assoziiert. Die Biovare der positiv Getesteten wurden mit einer PCR ermittelt. Die Prävalenz vom Biovar U. urealyticum lag bei 6,5 %, U. parvum bei 93,5 % und ein gemeinsamer Nachweis wurde nicht angetroffen. Keines der Biovare war signifikant mit Schwangerschaftskomplikationen assoziiert. Bei untherapierten bei Geburt bestehender Ureaplasmeninfektion zeigten sich zusätzlich signifikant gehäuft Chorioamnionitiden. Bei einer Ureaplasmeninfektion zeigten sich gegenüber einer Kolonisation ähnlich viele Komplikationen. Erythromycinresistenzen bei Ureaplasmen traten in 6,6 % der Fälle auf. Beide Biovare der Ureaplasmen zeigen Auswirkungen auf die Schwangere und den Fötus. Eine Kolonisation oder Infektion kann zu Frühgeburt und hypothrophen Neugeborenen fuhren.
Cell survival and function critically relies on the fine-tuned balance of protein synthesis and degradation. In the steady state, the standard proteasome is sufficient to maintain this proteostasis. However, upon inflammation, the sharp increase in protein production requires additional mechanisms to limit protein-associated cellular stress. Under inflammatory conditions and the release of interferons, the immunoproteasome (IP) is induced to support protein processing and recycling. In antigen-presenting cells constitutively expressing IPs, inflammation-related mechanisms contribute to the formation of MHC class I/II-peptide complexes, which are required for the induction of T cell responses. The control of Toxoplasma gondii infection relies on Interferon-γ (IFNγ)-related T cell responses. Whether and how the IP affects the course of anti-parasitic T cell responses along the infection as well as inflammation of the central nervous system is still unknown. To answer this question we used triple knockout (TKO) mice lacking the 3 catalytic subunits of the immunoproteasome (β1i/LMP2, β2i/MECL-1 and β5i/LMP7). Here we show that the numbers of dendritic cells, monocytes and CD8+ T cells were reduced in Toxoplasma gondii-infected TKO mice. Furthermore, impaired IFNγ, TNF and iNOS production was accompanied by dysregulated chemokine expression and altered immune cell recruitment to the brain. T cell differentiation was altered, apoptosis rates of microglia and monocytes were elevated and STAT3 downstream signaling was diminished. Consequently, anti-parasitic immune responses were impaired in TKO mice leading to elevated T. gondii burden and prolonged neuroinflammation. In summary we provide evidence for a critical role of the IP subunits β1i/LMP2, β2i/MECL-1 and β5i/LMP7 for the control of cerebral Toxoplasma gondii infection and subsequent neuroinflammation.
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.
Antimicrobial resistance (AMR) is a serious global health threat with extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Enterobacterales as the most critical ones. Studies on AMR in wild birds imply a possible dissemination function and indicate their potential role as sentinel animals. This study aimed to gain a deeper insight into the AMR burden of wild waterfowl by sampling semi-wild mallard ducks used as sentinels and to identify if AMR bacteria could be recommended to be added to the pathogens of public health risks to be screened for. In total, 376 cloacal and pooled fecal samples were collected from the sentinel plant over a period of two years. Samples were screened for ESBL-carrying E. coli and isolates found further analyzed using antimicrobial susceptibility testing and whole-genome sequencing. Over the sampling period, 4.26% (16/376) of the samples were positive for ESBL-producing E. coli. BlaCTX-M-1 and blaCTX-M-32 were the most abundant CTX-M types. Although none of the top global sequence types (ST) could be detected, poultry-derived ST115 and non-poultry-related STs were found and could be followed over time. The current study revealed low cases of ESBL-producing E. coli in semi-wild mallard ducks, which proves the suitability of sentinel surveillance for AMR detection in water-associated wildlife.
In der vorliegenden Arbeit wurden die nicht-invasiven Inokulationsmethoden Gavage und Inokulation über das Futter zur Induktion einer Parodontitis im murinen Modell untersucht und verglichen. Für die experimentelle Infektion wurden A. actinomycetemcomitans und P. gingivalis eingesetzt. Untersucht wurde, ob diese Keime die Maulhöhle von BALB/c Mäusen über einen längeren Zeitraum kolonisieren können und wann sie einen Knochenabbau induzieren. Es konnte eine gute Kolonisation mit dem Stamm A. actinomycetemcomitans 1005 erzielt werden, wenn die Infektion über Futtergabe erfolgte. Auch kam es zu einem signifikant erhöhten Knochenabbau bei der Infektion über Futtergabe. Ein deutlich erhöhter Antikörpertiter gegenüber A. actinomycetemcomitans bei den infizierten Tieren zeigt an, dass die Infektion auch eine systemische humorale Immunantwort auslöste. Im Gegensatz zu der Inokulation über das Futter konnte bei der Infektion mittels Gavage jedoch keine befriedigende Kolonisation der Maulhöhle erreicht werden. Es kam unter dieser Infektionsmethode zwar tendenziell zu einem Knochenabbau, der aber statistisch nicht signifikant war. Nach P. gingivalis Infektion konnte zwar eine Kolonisation nach der Infektion nachgewiesen werden. Allerdings konnte nach Infektion per Gavage kein signifikanter Knochenbau im Vergleich zu der Kontrollgruppe erzeugt werden. Die erhobenen Daten zeigen, dass die Induktion einer Parodontitis in weiblichen BALB/c Mäusen mit dem Stamm A. actinomycetemcomitans 1005 mittels Inokulation über das Futter eine vielversprechende Methode darstellt.
Abstract
Platelets are small anucleate blood cells with a life span of 7 to 10 days. They are main regulators of hemostasis. Balanced platelet activity is crucial to prevent bleeding or occlusive thrombus formation. Growing evidence supports that platelets also participate in immune reactions, and interaction between platelets and leukocytes contributes to both thrombosis and inflammation. The ubiquitin‐proteasome system (UPS) plays a key role in maintaining cellular protein homeostasis by its ability to degrade non‐functional self‐, foreign, or short‐lived regulatory proteins. Platelets express standard and immunoproteasomes. Inhibition of the proteasome impairs platelet production and platelet function. Platelets also express major histocompatibility complex (MHC) class I molecules. Peptide fragments released by proteasomes can bind to MHC class I, which makes it also likely that platelets can activate epitope specific cytotoxic T lymphocytes (CTLs). In this review, we focus on current knowledge on the significance of the proteasome for the functions of platelets as critical regulators of hemostasis as well as modulators of the immune response.
T cell activation plays a central role in supporting and shaping the immune response. The induction of a functional adaptive immune response requires the control of signaling processes downstream of the T cell receptor (TCR). In this regard, protein phosphorylation and dephosphorylation have been extensively studied. In the past decades, further checkpoints of activation have been identified. These are E3 ligases catalyzing the transfer of ubiquitin or ubiquitin-like proteins to protein substrates, as well as specific peptidases to counteract this reaction, such as deubiquitinating enzymes (DUBs). These posttranslational modifications can critically influence protein interactions by targeting proteins for degradation by proteasomes or mediating the complex formation required for active TCR signaling. Thus, the basic aspects of T cell development and differentiation are controlled by defining, e.g., the threshold of activation in positive and negative selection in the thymus. Furthermore, an emerging role of ubiquitination in peripheral T cell tolerance has been described. Changes in the function and abundance of certain E3 ligases or DUBs involved in T cell homeostasis are associated with the development of autoimmune diseases. This review summarizes the current knowledge of E3 enzymes and their target proteins regulating T cell signaling processes and discusses new approaches for therapeutic intervention.
Upon antigen recognition by the T cell receptor (TCR), a complex signaling network orchestrated by protein-tyrosine kinases (PTKs) and protein-tyrosine phosphatases (PTPs) regulates the transmission of the extracellular signal to the nucleus. The role of the PTPs Src-homology 2 (SH2) domain-containing phosphatase 1 (SHP1, Ptpn6) and Src-homology 2 (SH2) domain-containing phosphatase 2 (SHP2, Ptpn11) have been studied in various cell types including T cells. Whereas SHP1 acts as an essential negative regulator of the proximal steps in T cell signalling, the role of SHP2 in T cell activation is still a matter of debate. Here, we analyzed the role of the constitutively active SHP2-D61Y-mutant in T cell activation using knock-in mice expressing the mutant form Ptpn11D61Y
in T cells. We observed reduced numbers of CD8+ and increased numbers of CD4+ T cells in the bone marrow and spleen of young and aged SHP2-D61Y-mutant mice as well as in Influenza A Virus (IAV)-infected mice compared to controls. In addition, we found elevated frequencies of effector memory CD8+ T cells and an upregulation of the programmed cell death protein 1 (PD-1)-receptor on both CD4+ and CD8+ T cells. Functional analysis of SHP2-D61Y-mutated T cells revealed an induction of late apoptosis/necrosis, a reduced proliferation and altered signaling upon TCR stimulation. However, the ability of D61Y-mutant mice to clear viral infection was not affected. In conclusion, our data indicate an important regulatory role of SHP2 in T cell function, where the effect is determined by the kinetics of SHP2 phosphatase activity and differs in the presence of the permanently active and the temporally regulated phosphatase. Due to interaction of SHP2 with the PD-1-receptor targeting the protein-tyrosine phosphatase might be a valuable tool to enhance T cell activities in immunotherapy.
Primary and acquired therapy resistance is a major problem in patients with BRAF-mutant melanomas being treated with BRAF and MEK inhibitors (BRAFI, MEKi). Therefore, development of alternative therapy regimes is still required. In this regard, new drug combinations targeting different pathways to induce apoptosis could offer promising alternative approaches. Here, we investigated the combination of proteasome and Kv1.3 potassium channel inhibition on chemo-resistant, BRAF inhibitor-resistant as well as sensitive human melanoma cells. Our experiments demonstrated that all analyzed melanoma cell lines were sensitive to proteasome inhibitor treatment at concentrations that are not toxic to primary human fibroblasts. To further reduce proteasome inhibitor-associated side effects, and to foster apoptosis, potassium channels, which are other targets to induce pro-apoptotic effects in cancer cells, were blocked. In support, combined exposure of melanoma cells to proteasome and Kv1.3 channel inhibitor resulted in synergistic effects and significantly reduced cell viability. On the molecular level, enhanced apoptosis correlated with an increase of intracellular Kv1.3 channels and pro-apoptotic proteins such as Noxa and Bak and a reduction of anti-apoptotic proteins. Thus, use of combined therapeutic strategies triggering different apoptotic pathways may efficiently prevent the outgrowth of drug-resistant and -sensitive BRAF-mutant melanoma cells. In addition, this could be the basis for an alternative approach to treat other tumors expressing mutated BRAF such as non-small-cell lung cancer.
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.
Investigation of In-Vitro Adaptation toward Sodium Bituminosulfonate in Staphylococcus aureus
(2020)
Background: For years, coagulase-negative staphylococci (CoNS) were not considered a cause of bloodstream infections (BSIs) and were often regarded as contamination. However, the association of CoNS with nosocomial infections is increasingly recognized. The identification of more than 40 different CoNS species has been driven by the introduction of matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. Yet, treatment guidelines consider CoNS as a whole group, despite increasing antibiotic resistance (ABR) in CoNS. This retrospective study provides an in-depth data analysis of CoNS isolates found in human blood culture isolates between 2013 and 2019 in the entire region of the Northern Netherlands. Methods: In total, 10,796 patients were included that were hospitalized in one of the 15 hospitals in the region, leading to 14,992 CoNS isolates for (ABR) data analysis. CoNS accounted for 27.6% of all available 71,632 blood culture isolates. EUCAST Expert rules were applied to correct for errors in antibiotic test results. Results: A total of 27 different CoNS species were found. Major differences were observed in occurrence and ABR profiles. The top five species covered 97.1% of all included isolates: S. epidermidis, S. hominis, S. capitis, S. haemolyticus, and S. warneri. Regarding ABR, methicillin resistance was most frequently detected in S. haemolyticus (72%), S. cohnii (65%), and S. epidermidis (62%). S. epidermidis and S. haemolyticus showed 50–80% resistance to teicoplanin and macrolides while resistance to these agents remained lower than 10% in most other CoNS species. Conclusion: These differences are often neglected in national guideline development, prompting a focus on ‘ABR-safe’ agents such as glycopeptides. In conclusion, this multi-year, full-region approach to extensively assess the trends in both the occurrence and phenotypic resistance of CoNS species could be used for evaluating treatment policies and understanding more about these important but still too often neglected pathogens.
Methicillin-Resistant Staphylococci and Macrococci at the Interface of Human and Animal Health
(2021)
Population-based studies of Staphylococcus aureus contribute to understanding the epidemiology of S. aureus infection. We enrolled surgical inpatients admitted to an African tertiary-care hospital in order to prospectively analyze the nosocomial impact of S. aureus. Data collection included an active sampling of the anterior nares and infectious foci within 48 h after admission and subsequently when clinically indicated. All S. aureus isolates were spa and agr genotyped. Possession of Panton-Valentine leukocidin (PVL) and other toxin genes was determined. We analyzed antibiotic susceptibility profiles by VITEK 2 systems and verified methicillin-resistant S. aureus (MRSA) by mecA/C PCR. Among 325 patients, 15.4% carried methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) at admission, while 3.7% carried MRSA. The incidence densities of nosocomial infections due to MSSA and MRSA were 35.4 and 6.2 infections per 10,000 patient-days, respectively. Among all 47 nosocomial infections, skin and soft-tissue (40.4%) and bones or joints’ (25.5%) infections predominated. Six (12.7%) infection-related S. aureus isolates harbored PVL genes including two (4.2%) MRSA: overall, seventeen (36.2%) isolates carried pyrogenic toxin superantigens or other toxin genes. This study illustrates the considerable nosocomial impact of S. aureus in a Nigerian University hospital. Furthermore, they indicate a need for effective approaches to curtail nosocomial acquisition of multidrug-resistant S. aureus.