- / -

Στην παρούσα εργασία εξετάστηκαν οι επιπτώσεις που μπορεί να έχει στη λειτουργία της ακοής η χρησιμοποίηση συγκεκριμένων αντιβιοτικών (ωτοτοξικών). Χρησιμοποιήσαμε ως αντιπροσωπευτικό αντιβιοτικό μέσον τις αμινογλυκοσίδες σε 53 νοσοκομειακούς ασθενείς (μέσης ηλικίας 54,8 ετών), οι οποίοι έλαβαν για τουλάχιστον 4 συνεχείς ημέρες amikacin (4 άτομα), gentamycin (47 άτομα) και tobramycin (2 άτομα) και οι οποίοι δεν είχαν κανένα προηγούμενο πρόβλημα που να αφορά το όργανο της ακοής. Για τη μελέτη αυτή κρίθηκε απαραίτητη προϋπόθεση ένα ελάχιστο 4 ακουογραμμάτων. Από τις πρώτες μετρήσεις που έγιναν, έχοντας κάνει ήδη ακουόγραμμα βάσεως με συμβατική και υψίσυχνη ακουομετρία, ανεδεικνύετο μία πτώση στις υψηλές συχνότητες, δηλ. από 8.000 Hz μέχρι 20.000 Hz, χωρίς να επηρεάζονται οι συχνότητες της συμβατικής ακουομετρίας, και ακόμη περισσότερο αυτές οι οποίες έχουν σχέση με την ομιλία και επικοινωνία του ατόμου, δηλ. 500 Ηz, 1000 Hz και 2000 Hz. Επειδή η μέτρηση όλου του φάσματος των υψηλών συχνοτήτων ήτο εργώδης, κατορθώσαμε να εντοπίσουμε μία ομάδα 5 συχνοτήτων, τις οποίες ονομάσαμε συχνότητες επικλινούς σειράς, στις οποίες η πτώση ήτο ακόμη πιο πρόωρη: 8-9-10-11,2-12,5 kHz. Με τον τρόπο αυτό, πολύ εύκολα και σε πολύ μικρό χρόνο εξέτασης (10-15 min), είχαμε τη δυνατότητα προληπτικά να ελαττώνουμε το δοσολογικό σχήμα ή και να αλλάζουμε εντελώς την αντιβίωση, χωρίς παράλληλα να μειώνουμε τη δυνατότητα ομιλίας και επικοινωνίας του ασθενούς. / In this study we have been examining the problems that can be created in hearing using antibiotics with ototoxicity. We used a representative antibiotic, the aminoglycosides, in 53 patients (54,3 m age) who have taken it for at least 4 days - amicacin (4 patients), gentamycin (47 patients) and tobramycin (2 patients). None of the patients had any problem in hearing. For this study were indispensable a minimum of 4 audiograms. From the first measurements that we have done in compare with the baseline audiograms (classical and high frequency) a decline in high frequencies was demonstrated, namely 8000 Hz up to 20.000 Hz without problems in the classical audiometry. For this reason of that measurement in all the high frequencies was something difficult and was indispensable a lot of time. we have found a group of 5 frequencies that a decline was more apparent (8, 9, 10, 11, 12 KHz). In this way and very easily and in a short time 10-15 min we had the possibility preventively to diminish the dose or to change completely the antibiotic without on the other hand to create problems in speaking and communication of the patient.

Η κλινδαμυκίνη αποτελεί μέλος της οικογενείας των MLS αντιβιοτικών, με ευρύτατες εφαρμογές στην Ιατρική. Προσδεδενόμενη στο κέντρο της πεπτιδυλοτρανσφεράσης, δρα ως αναστολέας της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Η ακριβής θέση δράσης της δεν έχει πλήρως διασαφηνισθεί. Διάφορες μελέτες έχουν δείξει πως δρα στην Α θέση, ενώ άλλες στην Ρ θέση της μεγάλης ριβοσωματικής υπομονάδας. Στην παρούσα εργασία γίνεται λεπτομερής κινητική ανάλυση της αναστολής του σχηματισμού του πεπτιδικού δεσμού από την κλινδαμυκίνη σε ιοντικό περιβάλλον που πλησιάζει το φυσιολογικό του κυττάρου (4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+). Συγκεκριμένα, η δράση της κλινδαμυκίνης μελετήθηκε σε ένα σύστημα ελεύθερο-κυττάρων του εντεροβακτηρίου Escherichia coli, όπου ένας πεπτιδικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ πουρομυκίνης και AcPhe-tRNA, προσδεδενόμενου στην Ρ-θέση ριβοσωμάτων προγραμματισμένων με poly(U). Η πουρομυκίνη δρα ως ανάλογο του 3΄ άκρου ενός αμινοακυλο-tRNA ενώ το τριμερές AcPhe-tRNA∙ poly(U)∙ ριβόσωμα, σύμπλοκο C, ως ανάλογο του εναρκτήριου μεταφραστικού συμπλόκου. Η κινητική ανάλυση αποκάλυψε ότι η κλινδαμυκίνη συμπεριφέρεται ως αναστολέας βραδείας δεσμεύσεως. Μετά από μια παροδική αλληλεπίδραση με την Α-θέση, εγκαθίσταται κοντά στην Ρ-θέση του ριβοσώματος με αποτέλεσμα να επηρεάζει την ταχύτητα σχηματισμού του πεπτιδικού δεσμού. Στην συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση των πολυαμινών στην αλληλεπίδραση της κλινδαμυκίνης με το σύμπλοκο C. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η σπερμίνη παρεμποδίζει την επίδραση της κλινδαμυκίνης στην Ρ-θέση, όμως επηρεάζει ευνοϊκά και σε μεγαλύτερο βαθμό, την αρχική δέσμευση του φαρμάκου στην Α-θέση ελαττώνοντας το εντροπικό κόστος. Η επίδραση αυτή δεν μεταβλήθηκε όταν αντί της σπερμίνης χρησιμοποιήθηκαν ριβοσώματα επισημασμένα μ’ένα φωτοδραστικό ανάλογο της σπερμίνης, την Ν1-αζιδοβενζαμιδινο-σπερμίνη, ή όταν στο διάλυμα επώασης προστέθηκε μείγμα σπερμίνης και σπερμιδίνης. Πειράματα σταυρο-σύνδεσης έδειξαν ότι η σπερμίνη προσδένεται πλησίον της θέσης δέσμευσης της κλινδαμυκίνης. Η παρατήρηση αυτή οδήγησε στην υπόθεση, ότι οι πολυαμίνες δεσμευόμενες πλησίον της θέσης πρόσδεσης της κλινδαμυκίνης επηρεάζουν την αλληλεπίδραση του αντιβιοτικού με το ριβόσωμα, επάγοντας αλλαγές διαμόρφωσης στο ριβοσωμικό σύμπλοκο. Η υπόθεση αυτή βρίσκεται σε συμφωνία με πειράματα χημικής προστασίας, που έδειξαν, ότι οι πολυαμίνες επηρεάζουν σημαντικά την τριτοταγή δομή του ριβοσώματος. Από άποψη φαρμακευτικών εφαρμογών η παρούσα μελέτη εισηγείται ότι, κάθε φορά που ένα αντιβιοτικό, με μοριακό στόχο το ριβόσωμα, είναι προς σχεδιασμό, η επίδραση του ιοντικού περιβάλλοντος πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη. / Clindamycin is a representative antibiotic of the MLS family, widely used in clinical practice. It inhibits protein synthesis by binding to the peptidyltransferase center of the ribosome. Clindamycin’s exact site of action is not known. Several studies have shown that it is an inhibitor of the A-site. However, there are also stydies that suggest that clindamycin acts at the P-site of the large ribosomal subunit. In this study, we re-examined the mechanism by which the antibiotic inhibits the formation of peptide bond in an ionic environment that resembles in vivo conditions (4.5 mM Mg2+, 150 mM NH4+). Clindamycin was investigated in a cell-free system derived from Escherichia coli, in which a peptide bond is formed between puromycin and AcPhe-tRNA bound at the P-site of poly (U) –programmed ribosomes. Puromycin can be considered as an analogue of the 3’-end of aminoacyl-tRNA, while the ternary complex AcPhe-tRNA∙poly(U)∙ ribosome (complex C) as an analogue of the initiation translation complex. Kinetics revealed that clindamycin behaves as a slow – binding inhibitor. After a transient interaction with the A-site of ribosomes, it slowly accommodates near the P-site so that peptide bond is still formed but with a lower velocity. Next, we investigated the influence of polyamines to the interaction of clindamycin with complex C. It was found that spermine hinders the accommodation of clindamycin to the P-site, but exerts a beneficial, more pronounced, effect on the potency of the drug by lowering the entropic cost of clindamycin binding to the A-site. Polyamine effect was not substantially altered when ribosomes labeled with a photoreactive analogue of spermine, N1-azidobenzamidino-spermine, were used or when a mixture of spermine and spermidine was added in the incubation mixture, instead of spermine alone. Cross-linking experiments have demonstrated that spermine binds to the vicinity of the antibiotic binding pocket. This observation temped us to suppose that polyamines bound adjacently to the binding site of clindamycin modulate the interaction of this drug with the ribosome by inducing conformational changes in the elongating ribosomal complex. Such a hypothesis is in agreement with chemical protection data revealing that polyamines influence significantly the tertiary structure of ribosomes. From the stand point of pharmaceutical applications, the present work postulates that when a drug is designed to target to the ribosome, the influence of the ionic environment should be taken into account.

- / -

- / -

- / -

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ο ρόλος στην ευκαρυωτική πρωτεϊνοσύνθεση των μεταλλάξεων rdn15 (A149G), η οποία βρίσκεται στο κέντρο αποκωδικοποίησης του ριβοσώματος του S. cerevisiae και sup45-R2ts, η οποία είναι εξωριβοσωματική και αφορά στην αντικατάσταση της προλίνης από αλανίνη στην θέση 86 του Τομέα 1 του eRF1. Η μελέτη έγινε με τη βοήθεια των αντιβιοτικών εδεΐνης, η οποία είναι ένας αναστολέας της έναρξης της μετάφρασης, και πακταμυκίνης, η οποία είναι ένας αναστολέας της μετατόπισης. Η μετάλλαξη rdn15 στον S.cerevisiae οδηγεί σε μικρή αύξηση του χρόνου διπλασιασμού των κυττάρων, ενώ επηρέασε μόνο ελαφρώς την πρωτεϊνοσυνθετική ενεργότητα του ριβοσώματος. Τα αποτελέσματα αυτά είναι συμβατά με το γεγονός της φυσιολογικής παρουσίας της γουανίνης στη θέση 1491 στους προκαρυώτες και σε κατώτερους ευκαρυώτες. Η παρουσία της μετάλλαξης rdn15 δεν επηρέασε σημαντικά την πιστότητα, αν και η τάση ήταν η απόδοση στα ριβοσώματα ενός ελαφρά υπερακριβούς χαρακτήρα. Η μετάλλαξη sup45-R2ts στον eRF1 φάνηκε να επιβραδύνει την ανάπτυξη των κυττάρων διπλασιάζοντας σχεδόν τον χρόνο διπλασιασμού τους. Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να οφείλεται σε καταστολή των κωδικίων λήξης αλλά και σε επαγωγή μεταφραστικών λαθών από τον μεταλλαγμένο παράγοντα τερματισμού. Η παρουσία της μετάλλαξης sup45-R2ts in vitro επηρέασε μόνο ελαφρά την πρωτεΐνοσυνθετική ενεργότητα του ριβοσώματος, ενώ αντιθέτως μείωσε σημαντικά τη μεταφραστική πιστότητα, αυξάνοντας τη Συχνότητα Λάθους του ριβοσώματος. Το αντιβιοτικό εδεΐνη αναστέλλει την ανάπτυξη τόσο των αγρίου τύπου και όσο και των μεταλλαγμένων στελεχών, ενώ όλα τα στελέχη εμφανίζουν όμοια ευαισθησία έναντι της εδεΐνης. Ο S. cerevisiae εμφανίζει παρόμοια ευαισθησία έναντι της εδεΐνης in vivo με αυτήν του E.coli . Αναδεικνύεται έτσι ότι και στο ευκαρυωτικό κύτταρο του S. cerevisiae , οι βάσεις με τις οποίες αλληλεπιδρά η εδεΐνη έχουν τον ίδιο λειτουργικό ρόλο, όπως και στο προκαρυωτικό ριβόσωμα. Η εδεΐνη μειώνει την πρωτεϊνοσυνθετική ενεργότητα του ριβοσώματος του S. cerevisiae σε in vitro σύστημα μετάφρασης ελεύθερο κυττάρων, όπου τόσο το αγρίου τύπου όσο και τα μεταλλαγμένα στελέχη επέδειξαν παρόμοια ευαισθησία στη δράση της εδεΐνης Η έλλειψη διαφοροποίησης ανάμεσα στο αγρίου τύπου και τα μεταλλαγμένα στελέχη, μπορεί να ερμηνευθεί από το γεγονός ότι οι συγκεκριμένες μεταλλάξεις δεν εμπλέκονται στη διαδικασία της έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης, που είναι ο κύριος στόχος της εδεΐνης. Η επίδραση της εδεΐνης στη μεταφραστική πιστότητα μετρήθηκε με τη Συχνότητα Λάθους (Σ.Λ.). Η εδεΐνη ελαττώνει την πιστότητα της μετάφρασης στον ίδιο βαθμό περίπου στο ευκαρυωτικό όσο και στο προκαρυωτικό ριβόσωμα, η δράση της όμως διαφοροποιείται μεταξύ των στελεχών. Το υπερακριβές στέλεχος επέδειξε ελαφρώς μικρότερη ευαισθησία στην επαγωγή μεταφραστικών λαθών από την εδεΐνη σε σχέση με το αγρίου τύπου, ενώ αντιθέτως, το επιρρεπές σε λάθη στέλεχος εμφανίστηκε εξαιρετικά ευαίσθητο στην επαγωγή λαθών από την εδεΐνη σε σχέση με το αγρίου τύπου. Φαίνεται λοιπόν ότι η δράση της εδεΐνης στην πιστότητα ακολουθεί το χαρακτήρα της μετάλλαξης. Το αντιβιοτικό πακταμυκίνη αναστέλλει την ανάπτυξη in vivo των αγρίου τύπου και των μεταλλαγμένων στελεχών. Ο S.cerevisiae εμφανίζει παρόμοια ευαισθησία έναντι της πακταμυκίνης in vivo με αυτήν του E.coli , ενώ οι υπό μελέτη μεταλλάξεις δεν επηρεάζουν την ευαισθησία των κυττάρων έναντι της πακταμυκίνης. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι τόσο η rdn15 μετάλλαξη στο κέντρο αποκωδικοποίησης όσο και η sup45-R2ts στον eRF1 δεν παρεμβαίνουν στη διαδικασία της μετατόπισης κατά τη μετάφραση, η αναστολή της οποίας αποτελεί τον κύριο τρόπο δράσης της πακταμυκίνης. Η πακταμυκίνη προκαλεί αναστολή σύνθεσης πολυφαινυλαλανίνης in vitro τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές συγκεντρώσεις σε όλα τα στελέχη. Το αποτέλεσμα αυτό έρχεται σε αντίθεση με αυτό που ισχύει στο προκαρυωτικό κύτταρο, όπου η πακταμυκίνη διεγείρει τη σύνθεση πολυφαινυλαλανίνης (Dinos et al., 2004). Η πακταμυκίνη ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις δεν προκάλεσε σημαντικές μεταβολές στη Συχνότητα Λάθους του στελέχους αγρίου τύπου, ούτε στο υπερακριβές υπόβαθρο του rdn15 και στο επιρρεπές στα λάθη υπόβαθρο του sup45rdnwt. Το αποτέλεσμα αυτό δεν επιβεβαιώνει την υπερακρίβεια που προκαλεί στα προκαρυωτικά αλλά και δεν την αναιρεί. Η ταυτόχρονη παρουσία των δύο αντιβιοτικών ανέστειλε τη σύνθεση πολυφαινυλαλανίνης σε αντίθεση με το πρωκαρυωτικό (Dinos et al., 2004), ακόμη και όταν η πακταμυκίνη χρησιμοποιήθηκε σε μεγάλη περίσσεια επί της εδεΐνης. Η ταυτόχρονη παρουσία των δύο αντιβιοτικών δεν έδειξε να μεταβάλλει το χαρακτήρα της αναστολής. Τα αποτελέσματα αυτά συνηγορούν υπέρ μιας αθροιστικής δράσης των δύο αντιβιοτικών και αποκλείουν τη συνεργατικότητά τους στη σύνθεση πολυφαινυλαλανίνης από το ευκαρυωτικό ριβόσωμα. Κατά την ταυτόχρονη παρουσία ακόμη και μεγάλης περίσσειας πακταμυκίνης η εδεΐνη εξακολουθεί να προκαλεί αύξηση στη Συχνότητα Λάθους που προσομοιάζει με αυτήν που παρατηρείται κατά την παρουσία εδεΐνης μόνο. Η αλληλεπίδραση των αντιβιοτικών στην πιστότητα της μετάφρασης είναι όμοια με αυτήν που παρατηρείται στο προκαρυωτικό ριβόσωμα. / In the present study we investigated the role of two mutations, rdn15 and sup45-R2ts, in eukaryotic protein synthesis. The former is substitution A1491G and it is located in the decoding center of the S. cerevisiae ribosome. The latter is extraribosomal and involves the substitution of proline by alanine in position 86 of Domain 1 of eukaryotic release factor eRF1. These strains were then employed for the study of the mode of action of two antibiotics, edeine and pactamycin, in eukaryotic protein synthesis. In bacterial cells, edeine has been characterized as an inhibitor of translation initiation, whereas pactamycin was recently found to act as a translocation inhibitor. Mutation rdn15 leads to a slight increase of doubling times but it has no significant effect on translational fidelity although there was a slight increase of the latter indicated by slightly lower error frequencies. It should be noted that guanine is naturally present in position 1491 of prokaryotic 16S rRNA. Thus, the lack of severe impairment of ribosomal function by mutation rdn15 shows that the nature of nucleotide 1491 is not essential for ribosomal function but may be useful in the fine tuning of ribosomal activity. Omnipotent suppressor mutation sup45-R2ts in eRF1 leads to a significant increase of doubling times, almost by a factor of 2 compared to the wild type strain. This might be a result of the suppression of nonsense codons or, in our case, an increase in misincorporation of amino acids during elongation. The presence of the sup45-R2ts mutation affected marginally the synthesis of polyphenylalanine in vitro. On the contrary, it remarkably reduced translational fidelity, increasing the Error Frequency. Edeine inhibits the growth of the wild type as well as the mutant strains. All strains exhibited similar sensitivity towards edeine. Moreover, this sensitivity of S. cerevisiae cells towards edeine is similar to the sensitivity of E. coli cells towards edeine. This could indicate that the RNA bases of the yeast ribosome, with which edeine interacts, have a similar functional role as in the prokaryotic one. Edeine reduces the amount polyphenylalanine synthesis in a cell-free in vitro system and it was found that all the strains exhibit the same sensitivity towards edeine. The lack of effect may be attributed to the fact that these mutations are not involved in the initiation of translation, which is the primary target of edeine. The effect of edeine in the translational fidelity was estimated by the error frequency. Edeine highly reduces translational fidelity in the eucaryotic ribosome, almost as much as in the prokaryotic one, but differentially between the wild type strain of S. cerevisiae and the mutant strains. The hyperaccurate strain exhibited less translational errors in the presence of edeine in comparison to the wild type strain. On the contrary, the error prone strain was very sensitive and displayed a very high translational error rate. It appears that the effect of edeine in fidelity is in line with the character of the mutation. Pactamycin suppressed the growth of both the wild type and the mutant strains in vivo. S. cerevisiae exhibits a similar sensitivity as E. coli in the effect of pactamycin in vivo, whereas the mutations under study did not affect the sensitivity of the cells. This could be attributed to the fact that mutation rdn15 in the decoding center and sup45-R2ts in eRF1 do not affect translocation during translation, which is the primary target of pactamycin. Pactamycin, both at low and high concentrations, suppresses the synthesis of polyphenylalanine in vitro in all the strains under study. This result is in contrast with the effect of pactamycin in the prokaryotic cell, where pactamycin increases polyphenylalanine synthesis (Dinos et al., 2004). Pactamycin, even at high concentrations, did not have severe effects in the error frequency of the wild type strain or in that of the hyperaccurate rdn15 strain or in that of the error-prone sup45rdnwt strain. This result does not agree with the hyperaccuracy that pactamycin induces in prokaryotes but does not come in contrast to it either. In the presence of both edeine and pactamycin the synthesis of polyphenylalanine was reduced, in contrast with what is observed in the prokaryotic ribosome (Dinos et al., 2004), even when pactamycin was used in higher concentrations than edeine. Thus, the simultaneous presence of both antibiotics does not seem to alter the character of the inhibition. These results are in favor of an additive effect of these antibiotics. Moreover, in the presence of high pactamycin concentrations, edeine induces a decrease in translational fidelity which is similar to that in the presence of edeine alone. The effects of these two antibiotics on the fidelity of translation are similar to those observed in the prokaryotic ribosome.

Τα ριβοσώματα, οι μακρομοριακές μεταφραστικές μηχανές που είναι υπεύθυνες για την πρωτεϊνική σύνθεση, αποτελούν έναν από τους κυριότερους κυτταρικούς στόχους των αντιβιοτικών, που χορηγούνται για αντιμικροβιακή θεραπεία. Μελέτες για περισσότερο από 40 χρόνια δείχνουν ότι το κατάλληλο ιοντικό περιβάλλον (μονοσθενή, δισθενή κατιόντα και πολυαμίνες) είναι απαραίτητο για τη σωστή ριβοσωματική λειτουργία, ενώ παράλληλα επηρεάζει τις αλληλεπιδράσεις του με διάφορους προσδέτες. Παρόλα αυτά η μοριακή βάση της επίδρασης του ιοντικού περιβάλλοντος στο μηχανισμό δράσης των αντιβιοτικών δεν έχει ενδελεχώς μελετηθεί. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση του μηχανισμού δράσης αντιβιοτικών που αναστέλλουν την πρωτεϊνική σύνθεση σε συνθήκες που προσομοιάζουν με τις φυσιολογικές του κυττάρου και η μελέτη της επίδρασης του ιοντικού περιβάλλοντος στη δράση αυτών. Τα αντιβιοτικά που μελετήθηκαν ήταν: α) η βλαστισιδίνη, ως κλασικός αναστολέας της πεπτιδυλοτρανσφεράσης (ΡΤάσης), β) το μακρολίδιο τυλοσίνη που αναστέλλει την ΡΤάση, αλλά παράλληλα προσδένεται στην αρχή του τούνελ εξόδου και παρεμποδίζει την πολυπεπτιδική αλυσίδα να εξέλθει από το ριβόσωμα, και γ) τα μακρολίδια ερυθρομυκίνη (πρώτης γενεάς), αζιθρομυκίνη (δεύτερης γενεάς) και τελιθρομυκίνη (μακρολίδιο τρίτης γενεάς ή κετολίδιο), η δράση των οποίων έγκειται στην παρεμπόδιση του τούνελ εξόδου. Εξίσου σημαντική φαίνεται να είναι η επίδραση των μακρολιδίων στη συγκρότηση της 50S ριβοσωματικής υπομονάδας. Ο μηχανισμός δράσης των αντιβιοτικών και η επίδραση του ιοντικού περιβάλλοντος στη δράση τους έγινε αρχικά με κινητικές μελέτες. Το πειραματικό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε ήταν η αντίδραση πουρομυκίνης, η οποία μας έδωσε τη δυνατότητα τιτλοδότησης των ενεργών ριβοσωμάτων. Βάσει αυτού μελετήθηκαν τα αντιβιοτικά βλαστισιδίνη και τυλοσίνη που αναστέλλουν άμεσα την ΡΤάση, ενώ για τη μελέτη των υπολοίπων μακρολιδίων διεξήχθησαν πειράματα συναγωνιστικής αναστολής. Ως γνωστό, τα μακρολίδια ερυθρομυκίνη, αζιθρομυκίνη και τελιθρομυκίνη μοιράζονται κοινές θέσεις πρόσδεσης στο ριβόσωμα με την τυλοσίνη. Έτσι, για την εύρεση των σταθερών πρόσδεσης αυτών στο ριβόσωμα έγινε συναγωνισμός με τυλοσίνη. Τα πειράματα συναγωνισμού πραγματοποιήθηκαν, επωάζοντας το ριβόσωμα με μείγμα μακρολιδίου και τυλοσίνης, και τιτλοδοτώντας την απομένουσα δραστικότητα του ριβοσώματος με την αντίδραση πουρομυκίνης απομακρύνοντας την περίσσεια αντιβιοτικών. Σε παράλληλα πειράματα, το ριβόσωμα προεπωάστηκε αρχικά με το μακρολίδιο και στη συνέχεια προστέθηκε τυλοσίνη, η οποία ανιχνεύει το εναπομείναν ριβοσωματικό σύμπλοκο. Επειδή η σταθερά συγγένειας στη δεύτερη περίπτωση βρέθηκε μικρότερη (ισχυρότερη πρόσδεση αντιβιοτικού) συμπεράναμε, ότι ο μηχανισμός πρόσδεσης του αντιβιοτικού είναι βραδύς και ακολουθεί δυο στάδια. Βασιζόμενοι στις τιμές των σταθερών συγγένειας σε πειράματα αναγέννησης του ριβοσωματικού συμπλόκου από την απενεργοποιημένη μορφή του, προσδιορίστηκαν ξεχωριστά όλες οι κινητικές παράμετροι που χαρακτηρίζουν την πρόσδεση του αντιβιοτικού στο ριβόσωμα. Συγκρίναμε τις παραμέτρους αυτές και γενικότερα την ισχύ πρόσδεσης των αντιβιοτικών στο ριβόσωμα σε πέντε ιοντικές συνθήκες: (α) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, (β) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, 100 μΜ σπερμίνη, (γ) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, 50 μΜ σπερμίνη και 2 mM σπερμιδίνη, (δ) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+ ριβοσωματικό σύμπλοκο φωτοσημασμένο με 100 μΜ ΑΒΑ-σπερμίνη, και (ε) 10 mM Mg2+, 100 mM NH4+. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι πολυαμίνες βελτιώνουν την πρόσδεση της βλαστισιδίνης, αλλά μειώνουν την πρόσδεση των μακρολιδίων. Η επίδραση των ιόντων Mg2+ προσομοιάζει εκείνης των πολυαμινών, αλλά είναι λιγότερο αποτελεσματική, αφού 100 μΜ σπερμίνης επιφέρουν μεγαλύτερη αναστολή πρόσδεσης, από ότι 10 mM Mg2+. Για να ερμηνευτεί σε μοριακό επίπεδο η επίδραση της σπερμίνης στη συγγένεια των αντιβιοτικών έναντι του ριβοσώματος, οι θέσεις πρόσδεσης των πολυαμινών στο ριβόσωμα προσδιορίστηκαν με φωτοσήμανση συγγένειας, χρησιμοποιώντας ως μοριακό ανιχνευτή ένα φωτοδραστικό ανάλογο της σπερμίνης, την ΑΒΑ-σπερμίνη. Οι θέσεις αυτές αποκάλυψαν ότι οι πολυαμίνες προσδένονται σε γειτονικές θέσεις προς τα αντιβιοτικά, επηρεάζοντας την τοπική διαμόρφωση και το φορτίο. Επιβεβαίωση του μηχανισμού δράσης και της επίδρασης των πολυαμινών έγινε με ανάλυση αποτυπώματος. Σύμφωνα με την τεχνική αυτή, τα μακρολίδια προσδενόμενα στο ριβόσωμα προστατεύουν ορισμένα νουκλεοτίδια από την επίδραση χημικών τροποποιητών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα αντιβιοτικά διέρχονται μια ενδιάμεση κατάσταση πρόσδεσης στο ριβόσωμα δεσμευόμενα αρχικά στην είσοδο του τούνελ εξόδου και στη συνέχεια εισχωρώντας βαθύτερα σε αυτό. Η φύση της ενδιάμεσης κατάστασης εξαρτάται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του κάθε μακρολιδίου. Η επίδραση των πολυαμινών στο μηχανισμό πρόσδεσης ελέγχθηκε επαναλαμβάνοντας τα πειράματα χημικής προστασίας παρουσία αυτών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μείωση της πρόσδεσης των μακρολιδίων στο ριβόσωμα επιτελείται κυρίως μέσω της επίδρασης των πολυαμινών στη δέσμευση του υδρόφοβου λακτονικού δακτυλίου. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του κάθε αντιβιοτικού επηρεάζουν ποικιλοτρόπως το μέγεθος της επίδρασης αυτής. Στο τελευταίο κομμάτι της διατριβής μελετήθηκε η ισχύς των μακρολιδίων, υπολογίζοντας την αναστολή που προκαλούν στο συζευγμένο σύστημα μεταγραφής-μετάφρασης του γονιδίου της GFP πρωτεΐνης, και τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τα κινητικά δεδομένα πρόσδεσης των μακρολιδίων στο ριβόσωμα-στόχο. Σε υψηλή συγκέντρωση ιόντων Mg2+ η τυλοσίνη έχει μεγαλύτερη ισχύ, ενώ σε χαμηλή συγκέντρωση ιόντων απουσία ή παρουσία πολυαμινών η αζιθρομυκίνη. Η τελιθρομυκίνη παρουσίασε τη χαμηλότερη ισχύ πρόσδεσης στο ριβόσωμα και αναστολής της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Επιπρόσθετα, ελέγχθηκε πιθανή επίδραση των μακρολιδίων στην πρόσδεση των υποστρωμάτων (tRNAs) στην Α-, Ρ- και Ε- θέση του ριβοσώματος, στη μετατόπιση αυτών από την Α- στην Ρ- θέση και στη μεταφραστική πιστότητα του ριβοσώματος. Βρήκαμε ότι τα μακρολίδια δεν μπορούν να επηρεάσουν αυτά τα στάδια της ριβοσωματικής λειτουργίας. / Ribosomes, the macromolecular translating machines responsible for protein biosynthesis, are the most common targets for many antibacterial agents. Experiments for more than 40 years have demonstrated that a distinct ionic environment (monovalent, divalent cations and polyamines) is essential for ribosomal functions and their interactions with the ligands. Nevertheless, the molecular basis of the ionic environment’s influence on antibiotic mechanism of action has never been precisely elucidated. The aim of this thesis was first to investigate the mechanism of action of several antibiotics –inhibitors of protein synthesis, under ionic conditions close to the cell environment and second, to clarify the role of the ionic environment on their mechanism of action. The antibiotics studied were: a) blasticidin-S, a classic inhibitor of peptidyl tranferase (PTase) activity, b) tylosin which inhibits PTase, but in parallel binds at the entrance of exit tunnel and blocks the passage of the nascent polypeptide chain, and c) erythromycin (a first generation macrolide), azithromycin (a second generation macrolide), and telithromycin (a third generation macrolide, ketolide), that blocks the exit tunnel. The mechanism of action of antibiotics and the influence of ionic environment on antibiotic potency was studied primarily with kinetic methods. The experimental procedure was based on the puromycin reaction, performed under conditions allowing the estimation of the catalytic rate constant. Using this experimental approach we studied the mechanism of action of blasticidin and tylosin which directly inhibit PTase. For studying the other macrolides, experiments employing competitive kinetics were performed. Erythromycin, azithromycin and telithromycin share common binding sites on ribosomes with tylosin. Thus, to estimate the kinetic constants of their interactions with ribosomes, competitive kinetic experiments were carried out in the presence of tylosin. Namely, a posttranslocation ribosomal complex formed from Escherichia coli 70S ribosomes bearing tRNAPhe at the E-site and AcPhe-tRNA at the P-site (complex-C) was incubated with a mixture of each macrolide and tylosin for the desired time intervals. The rest of ribosomal activity was titrated by the puromycin reaction. In parallel experiments, complex-C was pre-incubated with each one of the macrolides and then reacted with tylosin. The rest of complex-C activity was again titrated with the puromycin reaction. Since the affinity constant obtained by the second series of experiments was less than that obtained by the first series of experiments, we concluded that the mechanism of action of antibiotics follows a slow onset inhibition process, which includes two steps. Based on secondary plots and on kinetic plots derived from regeneration of complex-C, we measured the kinetic parameters participating in the kinetic model. Thus, the potency of each antibiotic was determined under five different ionic conditions: (a) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, (b) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, 100 μΜ spermine, (c) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, 50 μΜ spermine and 2 mM spermidine, (d) 4,5 mM Mg2+, 150 mM NH4+, and ribosomal complex photolabelled with 100μΜ ΑΒΑ-spermine, and (e) 10 mM Mg2+, 100 mM NH4+. Processing of the data led us to the conclusion that polyamines and Mg2+ ions increase the potency of blasticidin, but decrease the potency of macrolides. To explain the diverse action of polyamines and of the ionic environment in general on antibiotic potency, the binding sites of spermine in ribosomes were localized by photoaffinity labeling, using a photoactive analogue of spermine, ABA-spermine. These experiments revealed that polyamines bind at the vicinity of antibiotics, influencing the ionic charge and the local conformation of rRNA. Confirmation of the macrolide mechanism of action and verification of the influence of polyamines on their potency was achieved by footprinting analysis. According to this technique, macrolides bind to ribosomes and protect specific nucleotides from modification by chemical reagents like DMS, CMCT and kethoxal. The results demonstrated that the antibiotics (I) form an encounter complex with complex-C (CI), in which the antibiotics occupy the entrance of the exit tunnel. This intermediate complex is then isomerized slowly to a tighter complex (C*I) with which antibiotics move deeply in the exit tunnel. The exact interactions stabilizing the intermediate complex depend on the characteristic groups of each macrolide. The influence of polyamines was checked by repeating the experiment in the presence of polyamines. The results showed that polyamines reduce the macrolide binding to ribosomes, by affecting mainly the interactions of the hydrophobic lactone ring with the ribosome. The special characteristic groups of each macrolide affect the polyamine action. The potency of macrolides action was also estimated using a coupled transcription-translation system for GFP expression. The results obtained were consistent with those produced by kinetic analysis. In addition, we check for possible macrolide effects on tRNA binding at the A-, P- and E- sites of the ribosome, on translocation, and on translational fidelity. No strong effects were identified excluding the macrolide from these ribosomal functions.

Το ριβόσωμα παρέχει την πλατφόρμα πάνω στη οποία το mRNA αναγνωρίζεται και αποκωδικοποιείται από τα μεταφορικά RNAs. Δρα καταλυτικά ως ριβοένζυμο και συνθέτει την αντίστοιχη αλληλουχία αμινοξέων. Σημαντικά λειτουργικό κομμάτι του ριβοσώματος αποτελεί το τούνελ εξόδου, το οποίο βρίσκεται στη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος και αποτελεί το κανάλι, μέσω του οποίου οι νεοσυντιθέμενες πεπτιδικές αλυσίδες εξέρχονται στο κυτταροδιάλυμα. Νεότερες ερμηνείες προσδίδουν στο τούνελ εξόδου έναν πιο ενεργό ρόλο, καταδεικνύοντας τη σπουδαιότητά του όχι μόνο ως διάδρομος εξόδου της πεπτιδικής αλυσίδας, αλλά και ως λειτουργική περιοχή του ριβοσώματος με σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Το δίκτυο επικοινωνίας μεταξύ τούνελ και πεπτιδυλοτρανσφεράσης δεν έχει ακόμα χαρτογραφηθεί και μελετηθεί πλήρως, υπάρχουν όμως μέχρι στιγμής πολυπληθείς αναφορές που επιβεβαιώνουν ότι μέρος του αποτελούν κυρίως βάσεις του 23S rRNA, συστατικά του τοιχώματος της εισόδου στο τούνελ, και βάσεις ευρισκόμενες στο κέντρο της πεπτιδυλοτρανσφεράσης, συντηρημένες εξελεικτικά, γνωστές από την αλληλεπιδρασή τους με αναστολείς της πεπτιδυλοτρανσφεράσης και κυρίως με αναστολείς της οικογένειας των μακρολιδίων. Στην παρούσα διατριβή μελετήσαμε την αλληλεπίδραση των χαρακτηριστικών αυτών βάσεων που συγκροτούν το δίκτυο επικοινωνίας μεταξύ του τούνελ εξόδου και της πεπτιδυλοτρανσφεράσης με τη βοήθεια νέων μακρολιδίων τρίτης γενιάς, των κετολιδίων, που φέρουν επί πλέον και άτομα φθορίου, παρέχοντας έτσι στο μόριο μεγαλύτερη συγγένεια για φορτισμένες ομάδες. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας, αποτελούν εξαιρετικά υποσχόμενους αντιμικροβιακούς θεραπευτικούς παράγοντες, και αναστέλλουν ισχυρά την μετάφραση. Παράλληλα καταλαμβάνουν αμοιβαία αποκλειόμενες θέσεις στο ριβόσωμα, στην είσοδο του τούνελ, αλληλεπιδρώντας με τις βάσεις Α2058, Α2059, Α2062 και Α752. Επειδή όλες οι παραπάνω βάσεις αποτελούν μέρος του δικτύου επικοινωνίας τούνελ-πεπτιδυλοτρανσφεράσης, θα μπορούσαμε να συμπληρώσουμε τον ήδη υπάρχοντα μηχανισμό δράσης των μακρολιδίων (drop-off, λόγω αύξησης της koff) με την επικοινωνία του τούνελ με την πεπτιδυλοτρανσφεράση, ώστε να απενεργοποιηθεί η τελευταία με τελική κατάληξη τη διακοπή της πρωτεϊνικής σύνθεσης και την επαγωγή του drop-off. Για την περαιτέρω μελέτη της αλληλεπίδρασης του τούνελ με την νεοσυντιθέμενη πεπτιδική αλυσίδα, σχεδιάσθηκαν νέα πεπτιδυλο παράγωγα της χλωραμφανικόλης, τα οποία προσομοιάζουν πεπτιδυλο-tRNAs προσδεδεμένα στην Α-θέση του ριβοσώματος, με την ολιγοπεπτιδική αλληλουχία να εκτείνεται βαθύτερα στο τούνελ, υιοθετώντας μία ανοικτή διαμόρφωση. Όπως διαπιστώσαμε με συναγωνιστικές μελέτες με ραδιενεργό ερυθρομυκίνη, τα συγκεκριμένα ανάλογα καταλαμβάνουν την Α-θέση στο κέντρο της πεπτιδυλοτρανσφεράσης, ενώ η συγγένεια του κάθε αναλόγου ως αναστολέα της λειτουργίας του ριβοσώματος, είναι απόλυτα ιδιοσυγκρατική, καθώς εξαρτάται από την αλληλουχία των αμινοξέων που συγκροτούν το πεπτίδιο. Μελετώντας το αποτύπωμα των ενώσεων αυτών στο ριβόσωμα, διαπιστώσαμε ότι ενώ η βάση της χλωραμφαινικόλης διατηρεί τη θέση της στη περιοχή Α, το πεπτίδιο εισέρχεται βαθειά στην είσοδο του τούνελ, αλληλεπιδρώντας με την βάση Α752. Συνεπώς τα πεπτιδυλο ανάλογα της χλωραμφαινικόλης, τα οποία συμπεριφέρονται ως ισχυροί αναστολείς της μετάφρασης, αποτελούν κατάλληλα εργαλεία μελέτης της αλληλεπίδρασης μεταξύ της νεοσυντιθέμενης πεπτιδικής αλληλουχίας και στοιχείων του τούνελ εξόδου του ριβοσώματος. / Ribosomes translate the genetic code into proteins in all living cells with extremely high efficiency, owing to their inherent flexibility and to their spectacular architecture. These large ribonucleoprotein particles synthesize proteins in all cells, using messenger RNA as the template, confirming that the ribosome is indeed a ribozyme, and aminoacyl-transfer RNAs as substrates. As the nascent polypeptide chain is being synthesized, it passes through a tunnel within the large ribosomal subunit and emerges at the solvent side where protein folding occurs. New studies indicate that in some cases, the tunnel plays a more active role. Accumulated evidence had definitely concluded that ribosomal tunnel is not only a passive conduit for the nascent chains but a rather functionally important compartment, where specific peptide sequences establish direct interactions with the tunnel, talking back to the ribosome in order to regulate peptide synthesis, leading to translational stalling. In this study, we have investigated functional interactions between distinct locations of the ribosomal tunnel and specific residues of the peptidyltransferase, using new macrolides, known as ketolides, which carry also fluorine attached to the lactone ring either directly or indirectly. According to our results, the new antibiotics exhibited better antimicrobial activity, inhibiting strongly the translational apparatus and could be useful tools in the future for treatment of bacterial infections. Binding studies with radiolabeled erythromycin revealed that these drugs bound competitively with erythromycin at the large ribosomal subunit, with extremely low dissociation constants. In parallel, RNA footprinting indicated that the new ketolides occupy the main macrolide binding site in the ribosome, which is located at the entrance of the exit tunnel adjacent to the peptidyltransferase center. These drugs interact with A2058, A2059 and A2062, as well as their extended heteroaromatic alkyl-aryl side chain penetrates deeper in the tunnel protecting A752 of Helix 35, interacting with basepair A752-U2609. To explore further this interaction, we have synthesized new peptidyl conjugates of chloramphenicol, which resemble nascent peptidyl-tRNA chains bound to the A-site of the ribosome, with their peptide sequence located deeper within tunnel, adopting an extended configuration. According to our data, these compounds did indeed bind to the peptidyl transferase center, competing with radiolabelled- chloramphenicol for binding to the ribosome. The binding of each analog, as well as its inhibitory activity of ribosomal function, is absolutely idiosyncratic, depending on the sequence of amino acid of peptide moiety. Studying the footprinting pattern of these compounds on the ribosome, we confirmed that while the chloramphenicol base maintains its position on the A-site, the peptide moiety penetrates deeper in the entrance of the exit tunnel, interacting with nucleotide A752. Therefore, we believe that these chloramphenicol peptides could be useful tools for probing nascent polypeptide chain interaction with the ribosome.

Η διατήρηση της μικροβιολογικής ποιότητας του υδάτινου περιβάλλοντος είναι υψίστης σημασίας δεδομένων των κινδύνων που ενέχονται για τη δημόσια υγεία. Η αξιολόγηση της μικροβιολογικής ποιότητας των υδάτων πραγματοποιείται με την ανίχνευση της κοπρανώδους μόλυνσης και με τον έλεγχο της παρουσίας και συγκέντρωσης συγκεκριμένων μικροοργανισμών – δεικτών, όπως είναι η Escherichia coli. Ωστόσο, η απλή ανίχνευση κοπρανώδους μόλυνσης δεν επαρκεί για την υπόδειξη τρόπων εξυγίανσης και αντιμετώπισης του εκάστοτε προβλήματος. Οι δύο κύριες ομάδες στις οποίες διακρίνεται η κοπρανώδης μόλυνση είναι η ανθρώπινη και η ζωική, οι οποίες υποδηλώνουν πιθανή παρουσία διαφορετικών κάθε φορά παθογόνων μικροοργανισμών για τον άνθρωπο. Έτσι, προκειμένου να οριοθετηθεί ο κίνδυνος για τη δημόσια υγεία και να καθοριστούν μέτρα αντιμετώπισης της μόλυνσης ενδείκνυται ο προσδιορισμός της ανθρώπινης ή ζωικής προέλευσης της κοπρανώδους μόλυνσης. Στην παρούσα μελέτη αναπτύχθηκαν, εφαρμόστηκαν και αξιολογήθηκαν οι μέθοδοι: α)Έλεγχος πολλαπλής ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά (Multiple Antibiotic Resistance – MAR – φαινοτυπική μέθοδος) και β) PCR με τυχαία ενισχυμένα τμήματα πολυμορφικού DNA - Random Amplified Polymorphic DNA-PCR (RAPD-PCR – γονοτυπική μέθοδος), ως τεχνικές προσδιορισμού και διάκρισης προέλευσης μικροοργανισμών. Κατά το πρώτο στάδιο καθορίστηκαν οι παράμετροι των μεθόδων για το διαχωρισμό στελεχών E. coli γνωστής προέλευσης (60 στελέχη απομονωμένα από ζωικά κόπρανα και 68 στελέχη από ανθρώπινα). Για το διαχωρισμό και κατηγοριοποίηση των στελεχών εφαρμόστηκαν η Ιεραρχική Ανάλυση Κατά Συστάδες και η Διαχωριστική Ανάλυση. Με τη MAR ανάλυση τα στελέχη E. coli εμφάνισαν διαφορετικούς συνδυασμούς ανθεκτικότητας και διαχωρίστηκαν βάσει της προέλευσής τους με μέσο ποσοστό σωστής ταξινόμησης (ARCC) 99,2%. Με την RAPD-PCR χρησιμοποιήθηκαν δύο εκκινητές ξεχωριστά (1254 & 1290) και τα 128 στελέχη E. coli γνωστής προέλευσης διαχωρίστηκαν σε ανθρώπινης και ζωικής πηγής με ARCC 98,4% και με τους δύο εκκινητές. Η διακριτική ικανότητα της RAPD-PCR με τους δύο εκκινητές ήταν D1254=0,97 & D1290=0,90. Επιπλέον, η αξιολόγηση της επαναληψιμότητας της RAPD-PCR και με τους δύο εκκινητές έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα με την εμφάνιση ίδιων ηλεκτροφορητικών εικόνων για τα ίδια βακτηριακά στελέχη. Στη συνέχεια οι επιλεγμένες τεχνικές εφαρμόστηκαν για την ταξινόμηση και κατηγοριοποίηση στελεχών E. coli άγνωστης προέλευσης εκτιμώντας την ανθρώπινη ή ζωική πηγή τους βάσει του μοντέλου διαχωρισμού των E. coli γνωστής προέλευσης. Οι E. coli άγνωστης προέλευσης (234 στελέχη) απομονώθηκαν από δείγματα πόσιμου νερού δικτύου από 11 περιοχές και δείγματα μη επεξεργασμένων λυμάτων από τις εισόδους τεσσάρων σταθμών βιολογικού καθαρισμού (ΚΕΡΕΦΥΤ – Νομός Αττικής, ΨΥΤΤΑΛΕΙΑ – Νομός Αττικής, ΡΙΟ – Νομός Αχαΐας και ΠΑΤΡΑ - Νομός Αχαΐας). Τα 234 στελέχη με τη MAR ανάλυση ταξινομήθηκαν ως ανθρώπινα και ζωικά σε ποσοστά 46,6% και 53,4% αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα ταξινόμησης ήταν διαφορετικά με τη μέθοδο RAPD-PCR. Με τον εκκινητή 1254 τα άγνωστα στελέχη προσδιορίστηκαν ως ανθρώπινα κατά το 64,9% και ως ζωικά κατά το 35,1%. Αντίστοιχα, με τον εκκινητή 1290 τα ποσοστά ήταν 60,3% ανθρώπινα και 39,7% ζωικά. Τα στελέχη του πόσιμου νερού που προέρχονταν από τους σταθμούς δειγματοληψίας που ήταν αστικά κέντρα χαρακτηρίστηκαν εξ ολοκλήρου ως ανθρώπινης προέλευσης. Αντίθετα, στις περιοχές δειγματοληψίας με ανεπτυγμένη κτηνοτροφία βρέθηκαν και στελέχη ζωικής προέλευσης, γεγονός που υποδηλώνει την είσοδο στο δίκτυο κοπρανώδους υλικού προερχόμενου από ζώα των συγκεκριμένων περιοχών, τα οποία ενδεχομένως να έχουν άμεση πρόσβαση στις πηγές και γεωτρήσεις. Όσον αφορά στο χαρακτηρισμό των E. coli που καταλήγουν στους αναφερόμενους βιολογικούς καθαρισμούς, η πλειοψηφία ανίχνευσης ανθρωπίνων στελεχών δηλώνει την πιθανή παρουσία στα ακατέργαστα λύματα πολλών ανθρωπίνων εντερικών παθογόνων σημαντικών για τη δημόσια υγεία. Δεδομένου ότι τα τελευταία χρόνια οι ερευνητές έχουν αποδυθεί σε μια προσπάθεια επαναχρησιμοποίησης επεξεργασμένων λυμάτων επισημαίνεται η ανάγκη επεξεργασίας τους σε διάφορα στάδια για τη διασφάλιση της δημόσιας υγείας. Παρατηρήθηκε συμφωνία αποτελεσμάτων με τη χρήση των δύο εκκινητών καθώς η διαφορά στα ποσοστά δεν ήταν στατιστικά σημαντική (P>0,05). Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα που ελήφθησαν με τις δύο μεθόδους, τη φαινοτυπική (MAR ανάλυση) και τη γονοτυπική (RAPD-PCR), υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά (P<0,05), με συνέπεια να τίθεται θέμα επιλογής της πιο ενδεδειγμένης μεθόδου τυποποίησης και διάκρισης περιβαλλοντικών μικροοργανισμών. H παρούσα μελέτη αναδεικνύει την RAPD-PCR ως μια γονοτυπική μέθοδο με ικανοποιητική διακριτική ικανότητα, ευαισθησία, επαναληψιμότητα υπό αυστηρά καθορισμένες συνθήκες και χαμηλού κόστους. Η ευκολία εφαρμογής για την τυποποίηση μεγάλου αριθμού βακτηριακών στελεχών, χωρίς την απαίτηση γνώσης της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας του γενετικού υλικού την καθιστούν ιδιαίτερα προσιτή σε εργαστήρια μοριακής μικροβιολογίας, ως τεχνική διάκρισης προέλευσης της κοπρανώδους μόλυνσης στο υδάτινο περιβάλλον. / Maintenance of the microbiological quality and safety of water systems is imperative, as their faecal contamination may exact high risks to human health as well as result in significant economic losses. The microbiological quality of water systems is evaluated by detecting their faecal pollution and especially specific faecal indicators such as Escherichia coli. Simple detection of faecal pollution is not sufficient in order to apply appropriate management plans to remedy the problem and to prevent any further contamination. Human faecal material is generally perceived as constituting a grater human health risk than animal faecal material, considering that it is more likely to contain human-specific enteric pathogens. Thus, it would be desirable to determine the source of the faecal material, especially for the assessment of risk for public health and for the development of monitoring plans. In the present study the development and assessment of Multiple Antibiotic Resistance Analysis (MAR – phenotypic method) and Randomly Amplified Polymorphic DNA-PCR Analysis (RAPD-PCR – genotypic method) were established as microbial source tracking methods. Firstly, parameters of the two selected methods were determined for the discrimination of E. coli isolates of known source (60 isolates from animal faecal material & 68 isolates from human faecal material). Hierarchical Cluster Analysis and Discriminant Analysis were applied for the classification of the isolates. With MAR analysis E. coli isolates developed different resistance profiles and were discriminated according to their source with an average rate of correct classification (ARCC) of 85.2%. With RAPD-PCR analysis two different 10-nt primers of arbitrary sequence were used (1254 & 1290) and the 128 E. coli isolates of known origin were classified as human and animal with the following ARCC: ARCC1254= 87.5% & ARCC1290= 81.3%. The discriminatory power of RAPD-PCR with the two selected primers was D1254=0.97 & D1290=0.90. Furthermore, the assessment of reproducibility of RAPD-PCR analysis provided satisfactory results with both primers, as RAPD profiles were identical for the same bacterial isolates. The assessment of specificity of the method resulted in the discrimination among RAPD profiles of E. coli isolates and other reference bacteria. The selected methods were applied for the classification and the source tracking of E. coli isolates, derived from tap water and raw sewage samples. In total 234 E. coli strains were isolated from tap water from 11 areas and raw sewage samples from four treatment plants (KEREFYT – prefecture of Attiki, PSITALIA - prefecture of Attiki, RIO - prefecture of Achaia and PATRA - prefecture of Achaia). With MAR analysis the 234 isolates were classified as human and animal in percentages of 46.6% & 53.4%, respectively. Classification results were different with RAPD-PCR analysis. With primer 1254 the classification was: 64.9% of human origin and 35.1% of animal origin and with primer 1290 the classification was: 60.3% of human origin and 39.7% of animal origin. Isolates derived from tap water of urban areas were classified in total as of human origin. On the contrary, in areas with many farm breeders many isolates were classified as of animal origin, indicating presence of faecal material in the water systems derived animal activities. As far as E. coli isolates from raw sewage samples are concerned, the majority of them were classified as of human source, indicating the possible presence of other human enteric pathogens as well. Taking into account the fact that there has been an effort in order to reuse treated sewage, it seems necessary a multi-stage process to renovate wastewater before it re-enters a body of water. There was an agreement of results of classification obtained form the use of the two different primers as the percentages did vary statistically (P>0.05). Comparing results obtained from the two selected methods, the difference was statistically significant (P<0.05), raising a question of the appropriate method for the typing and discrimination of environmental microorganisms. The present study demonstrates RAPD analysis as a simple, cost effective genotypic method with satisfactory discriminatory power, sensitivity and reproducibility. It can be applied for the analysis of a large number of bacterial isolates without the prior knowledge of nucleotide sequence of DNA to be necessary. Finally, it may fulfil environmental for the determination of origin of faecal pollution protecting water resources and public health.