Mukoviszidose als häufigste der seltenen Erkrankungen ist trotz intensiver For-schung und Behandlungsmöglichkeiten nach wie vor mit einer deutlich verkürzten Lebenserwartung assoziiert. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass körperliche Aktivität einen wichtigen Beitrag nicht nur zur Lebensqualität von Mukoviszidosepatienten leisten kann, sondern auch einen Einfluss auf den Krankheitsverlauf als solches hat. Die genauen Mechanismen des positiven Effekts von Sport auf den Krankheitsverlauf sind jedoch noch nicht hinreichend geklärt. Neben vielen anderen Mechanismen wie verbesserter Sekretelimination aus den Atemwegen, Training des Herz-Kreislaufsystems und Regulierung der überaktiven epithelialen Natriumkanäle wird zunehmend auch ein Anstoßen von Reparaturmechanismen durch Sport diskutiert. Dabei scheinen CD34+-Progenitorzellen und MSCs eine Rolle spielen zu können. In der hier vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwiefern eine maximale Aus-dauerbelastung die Anzahl zirkulierender CD34+-Progenitorzellen und mesen-chymaler Progenitorzellen im peripheren Blut verändert, was sekundär mit Repa-raturvorgängen im Lungengewebe assoziiert sein könnte. Hierfür wurde bei 7 Patienten mit Mukoviszidose sowie 9 gesunden Probanden eine Spiroergometrie bis zur subjektiven Erschöpfung und vor sowie zehn Minuten nach Beendigung der Aktivität eine Blutentnahme durchgeführt. Neben einer Analyse des Blutbildes inklusive Differenzierung und Bestimmung von Entzündungsparametern erfolgte mittels Durchflusszytometrie die Quantifizierung von CD34+ und mesenchymalen Progenitorzellen. Es zeigte sich ein signifikanter Anstieg der CD34+ Progenitorzellen in beiden Studiengruppen nach Belastung, während die mesenchymalen Stammzellen keine signifikante Änderung der Anzahl zeigten. Der Anstieg der CD34+-Progenitorzellen nach körperlicher Belastung ist in der Literatur mehrfach beschrieben und wird als eine Erklärung für die Prävention von Herz-Kreislauferkrankungen durch Sport genannt. Auch bei akuten wie chronischen Lungenerkrankungen scheinen hämatopoetische und endotheliale Progenitorzellen eine Rolle bei Reparaturvorgängen zu spielen. Die Rolle der mesenchymalen Stammzellen ist dagegen noch nicht hinreichend geklärt. Insgesamt erschwert die Heterogenität der Gruppe der mesenchymalen Stammzellen eine genaue Quantifizierung, ihr geringes Vorkommen im peripheren Blut stellt eine weitere Schwierigkeit bei der Charakterisierung und Quantifizierung dar. Nachdem zumindest der Nachweis von ansteigenden endothelialen Progenitorzellen auch bei Patienten mit Mukoviszidose gelingt, sollte in weiteren Studien die Rolle der mesenchymalen Stammzellen weiter untersucht werden. Insbesondere die Charakterisierung der Zellen in der Zellkultur sowie eine Untersuchung von Zytokinen, die für ein Homing von mesenchymalen Stammzellen verantwortlich sein könnten, scheint wesentlich, um den Mechanismus der Reparaturvorgänge besser zu verstehen und so mög-licherweise die Therapie der Mukoviszidose zu erweitern. / Cystic fibrosis is associated with a reduced life expectancy despite many therapeutic efforts. Lately, it has been show that patients with cystic fibrosis benefit from regular exercise with regard to a higher quality of life, slowed decline in lung function and better physial fitness. The mechanism of these benefits is not fully understood yet. One possible mechanism could be an increased number of circulating progenitor cells as surrogate markers for repair mechanisms. ln this study patients with cystic fibrosis and healtyh controls underwent an incremental exercise test and blood samples were drawn before and after the exercise with regard tot he number of CD34+ and mesenchymal progenitor cells. ln both groups an signficant increase in CD34+ progenitor cells could be shown with no differente between the groups whereas no change was observed wlth regard to the mesenchymal progenitor cells. Endothelial progenitor cells seem to play a role for repair mechansims in lung disease as has been shown in patients with COPD and pneumonia. The role oft he mesenchymal progenitor cells remains unclear, especially as it is very difficult to define the exact lung specific cell in the heterogenaus group of mesenchymal progenitor cellls. Further research is needed to clarify these issues and hopefully add futher information for the treatment of cystic fibrosis.

Accelerometrie und Pedometrie sind objektive Verfahren zur Erfassung körperlicher Aktivität, wobei die Accelerometrie die Intensität körperlicher Bewegung durch Messung der Beschleunigung zeitlich hochaufgelöst misst, während bei der Pedometrie die Zahl der Schritte, typischerweise über einen ganzen Tag, erfasst wird. Ziel dieser Studie war es, das Pedometer-Modell Omron HJ-322 und zwei Accelerometer-Modelle der Marke ActiGraph (Modell GT1M und dessen Nachfolger GT3X+) hinsichtlich ihrer Beschreibung von Aktivität unter Alltagsbedingungen miteinander zu vergleichen. Dies erfolgte durch das parallele Tragen der jeweiligen Geräte über 7 Tage durch 40 gesunden Probanden sowie 15 Mukoviszidose-Patienten, bei welchen die Aktivitätsmessung im Rahmen der Studie ACTIVATE-CF (internationale Multicenterstudie zur Untersuchung der Auswirkung körperlicher Aktivität auf den Krankheitsverlauf bei Mukoviszidose) durchgeführt wurde. Während eine Vergleichbarkeit zwischen beiden Accelerometer-Modellen gegeben ist, zeigten sich deutliche Unterschiede in der Schrittzählung zwischen Accelerometer und Pedometer. Starke Zusammenhänge zwischen der mittels Schrittzähler gemessenen Schrittzahl und verschiedenen Aktivitäts-Indikatoren der Accelerometer konnten nachgewiesen werden. / Wearable devices like accelerometers and pedometers provide an objective way to assess physical activity. Accelerometers provide detailed information on physical activity like duration, frequency and intensity, whereas pedometers measure daily step-count. The objective of this study was to analyze the comparability of one pedometer (Omron HJ-322) and two accelerometers (ActiGraph GT1M and its successor ActiGraph GT3X+), regarding the description of physical activity under free-living-conditions. 40 healthy participants wore these devices simultaneously for 7 days. Also activity-data was available from 15 patients with cystic fibrosis, who took part in the international multicenter study ACTIVATE-CF, a randomized controlled study that examines the effects of a partially supervised physical trainings on the lung functions of the patients. While there is a good comparability between both accelerometer-models, we saw a large difference between accelerometer- and pedometer-counted steps. Good correlations were obtained between the number of pedometer-steps and different accelerometer-measures.

Univ., Diss., 2007--Frankfurt (Main).

Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2008

Patienten mit Mukoviszidose weisen regelhaft eine eingeschränkte körperliche Leis-tungsfähigkeit auf. Die Gründe hierfür werden in der Literatur kontrovers diskutiert. Neben den bekannten pulmonalen Einschränkungen gibt es auch Hinweise für muskulä-re Besonderheiten. Bisher konnte gezeigt werden, dass der im gesunden menschlichen Muskel exprimierte CFTR-Kanal bei Mukoviszidose fehlt, der Nachweis daraus resul-tierender Stoffwechselanomalitäten steht jedoch aus. Ein Ansatz, sich eventuellen muskulären Abnormitäten bei CF zu nähern, besteht im leistungsphysiologischen Vergleich mit der Muskulatur gesunder Probanden mit beson-derem Augenmerk auf den mechanischen Wirkungsgrad. Wir untersuchten hierfür 31 CF-Patienten und 15 gesunde Probanden, wobei sich die Kollektive nicht signifikant in ihrer Zusammensetzung unterschieden. Wir führten mit allen Teilnehmern einen zweistufigen Submaximaltest auf dem Fahr-radergometer durch, der es ermöglichte, Veränderungen gemessener Parameter auf die Leistungsänderung zu beziehen. Sechs CF-Patienten wurden aufgrund zu hoher Belas-tung und damit Nichterreichen eines Steady-States nachträglich von der Auswertung ausgeschlossen. Weiterhin unterzogen wir die Teilnehmer einem Stufen-Maximaltest nach dem Godf-rey-Protokoll zur Bestimmung der ventilatorischen anaeroben Schwelle (VAT) und der maximalen Sauerstoffaufnahme. Für den Submaximaltest wurde dabei besonderes Augenmerk auf optimale Rahmenbe-dingungen gelegt, wie Belastung im aeroben Dauerleistungsbereich. Die Belastungsin-tensitäten lagen bei Patienten wie gesunden Probanden im gleichen Anteilsbereich der VAT bezogen auf das Körpergewicht. Weiterhin sollten valide Stoffwechselplateaus auf den Belastungsstufen durch ausrei-chend lange Belastungszeiträume garantiert werden – neu dabei war eine Beweisfüh-rung der erreichten Steady-States. Eine wissenschaftliche Methode zur Ermittlung von Stoffwechselplateaus ist bisher im Zusammenhang mit Trainingsstudien nicht beschrie-ben worden. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Verfahren basiert auf dem Nachweis von Regressionsgeraden mit vernachlässigbarer Steigung und geringer Va-rianz. Erwartungsgemäß zeigten sich die Parameter der Lungenfunktion bei CF-Patienten niedrigen als bei den gesunden Probanden. Die Atemäquivalente für Sauerstoff und Kohlendioxid waren bei den Patienten im Mittel höher, was für einen ineffizienteren pulmonalen Gasaustausch sprach. Aufgrund des geringeren Anstieges des Bruttowirkungsgrades der CF-Patienten in Stufe zwei muss bei den Patienten ein erhöhter Ruheumsatz angenommen werden. Der reine Wirkungsgrad für Fahrradfahren zeigte sich bei den CF-Patienten signifikant reduziert im Vergleich zu den gesunden Probanden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass nicht pulmonale Verän-derungen alleine als Ursache für die reduzierte Leistungsfähigkeit bei Mukoviszidose in Frage kommen. Ob tatsächlich eine muskuläre Pathophysiologie vorliegt, kann jedoch mit unseren Daten nicht weiter differenziert werden.

Background: Population pharmacokinetic-pharmacodynamic (PKPD) modeling and simulations were applied to identify optimal dosage regimens for antibiotics. As the emergence of bacterial resistance is increasing and as only a few new antibiotics became available during the last decade, optimal use of established agents and preserving their effectiveness seems vital. Objectives: 1) To find the descriptor of body size and body composition which allows to achieve target concentrations and target effects in patients with cystic fibrosis (CF) most precisely. 2) To identify the mode of administration with the highest probability of successful treatment for intravenous beta-lactams. 3) To develop formulas for optimal dose selection for patients of various body size. General methods: Drug analysis in plasma and urine was performed by HPLC or LC-MS/MS in a single laboratory, at the IBMP. Drug analysis was not done by the author of this thesis. We used non-compartmental analysis and parametric population PK analysis for all studies. We used non-parametric bootstrapping to assess the uncertainty of PK parameters for our meta-analysis of the PK in CF-patients and healthy volunteers. Plasma concentration time profiles for several thousand virtual subjects were simulated by MCS which account for average PK parameters, their between subject variability (BSV), and patient specific demographic data. Convincing literature data show that the duration of non-protein bound concentration above MIC (fT>MIC) best predicts the microbiological and clinical success of beta-lactams and the area under the non-protein bound concentration curve divided by the MIC (fAUC/MIC) best predicts success for quinolones. We used PKPD targets from literature that were based on the fT>MIC or fAUC/MIC, respectively. Achieving a PKPD target was used as a surrogate measure for successful treatment. In our MCS, we calculated the fT>MIC or fAUC/MIC for all simulated concentration profiles and compared it to the value of the PKPD target. The fraction of subjects who achieved the target at the respective MIC approximates the probability of target attainment (PTA). The PTA can be interpreted as probability of successful treatment under certain assumptions. Studies in CF-patients Methods: We had data from ten studies (seven beta-lactams and three quinolones) in CF-patients which all included a healthy volunteer control group. Clinical procedures were very similar for all ten studies. Both subject groups had study conditions as similar as possible. We had data on 90 CF-patients (average +/- SD, age: 21+/-3.6 yrs) and on 111 healthy volunteers (age: 25+/-3.5 yrs). We compared the average clearance and volume of distribution between CF-patients and healthy volunteers for various body size descriptors including total body weight (WT), fat-free mass (FFM), and predicted normal weight (PNWT). We considered linear and allometric scaling of PK parameters by body size and used a meta-analysis based on population PK parameters for the comparison of CF-patients and healthy volunteers. Target concentrations can be achieved more precisely, if a size descriptor reduces the random, unexplained BSV. Therefore, we studied the reduction of unexplained BSV for each size descriptor relative to linear scaling by WT, since doses for CF-patients are commonly selected as mg/kg WT. Results: Without accounting for body size, average total clearance was 15% lower (p=0.005) and volume of distribution at steady-state was 17% lower (p=0.001) in CF-patients compared to healthy volunteers. For linear scaling by WT, average total clearance in CF-patients divided by total clearance in healthy volunteers was 1.15 (p=0.013). This ratio was 1.06 (p=0.191) for volume of distribution. A ratio of 1.0 indicates that CF-patients and healthy volunteers of the same body size have identical average clearances or volumes of distribution. For allometric scaling by FFM or PNWT, the ratio of total clearance and volume of distribution between CF-patients and healthy volunteers was within 0.80 and 1.25 for almost all drugs and the average ratio was close to 1. Allometric scaling by FFM or PNWT reduced the unexplained BSV in renal clearance by 24 to 27% (median of 10 drugs) relative to linear scaling by WT. The unexplained BSV was reduced for seven or eight of the ten drugs by more than 15% and the remaining two or three drugs had essentially unchanged (+/-15%) unexplained BSVs in renal clearance. Conclusions: The PK in CF-patients was comparable to the PK in healthy volunteers after accounting for body size and body composition by allometric scaling with FFM or PNWT. Target concentrations and target effects in CF-patients can be achieved most precisely by dose selection based on an allometric size model with FFM or PNWT. Future studies are warranted to study the clinical superiority of allometric dosing by FFM or PNWT compared to dose selection as mg/kg WT in CF-patients. / Zielsetzungen: 1) Den Deskriptor für Körpergröße und Körperzusammensetzung zu finden, mit dem Ziel-Konzentrationen und Ziel-Effekte in Mukoviszidose-Patienten (engl.: „cystic fibrosis“, CF-Patienten) am genauesten erzielt werden können. 2) Suche nach Dosierungsregimen mit der höchsten Wahrscheinlichkeit für erfolgreiche Therapie mit intravenösen Beta-Laktamen. Allgemeine Methoden: Die Analytik wurde mittels HPLC oder LC-MS/MS in einem einzigen Labor durchgeführt, im Labor des IBMP. Wir verwendeten nicht-kompartimentelle Analyse und parametrische Populations-PK-Analyse in allen Studien. Wir verwendeten nicht-parametrische Bootstrap-Techniken um die Unsicherheit in den PK-Parametern für unsere Meta-Analyse der PK in CF-Patienten und gesunden Probanden zu bestimmen. Die Plasma-Konzentrations-Zeit-Profile für mehrere tausend Probanden wurden mittels MCS simuliert. MCS berücksichtigt die mittleren PK-Parameter, deren Variabilität zwischen Probanden (engl.: „between subject variability“, BSV), und die patientenspezifischen demographischen Daten. Überzeugende Ergebnisse aus der Literatur zeigen, dass die Dauer der nicht-proteingebundenen Konzentration oberhalb der MHK (fT>MHK) am besten den mikrobiologischen und klinischen Erfolg von Beta-Laktamen vorhersagt und dass die Fläche unter der nicht-proteingebundenen Konzentration dividiert durch die MHK (fAUC/MHK) am besten den Erfolg für Chinolone anzeigt. Wir verwendeten PKPD Zielwerte aus der Literatur die auf der fT>MHK oder der fAUC/MHK basieren. Das Erreichen eines PKPD Zielwertes wurde als Surrogat für erfolgreiche Behandlung angesehen. Studien in CF-Patienten Methoden: Wir verwendeten Daten von zehn Studien (sieben Beta-Laktame und drei Chinolone) in CF-Patienten, die alle über eine Kontrollgruppe mit gesunden Probanden verfügten. Die klinische Durchführung dieser Studien war sehr gut vergleichbar. CF-Patienten und gesunde Probanden hatten so ähnliche Studienbedingungen wie möglich. Unser Datensatz beinhaltete 90 CF-Patienten (Mittelwert +/- SD, Alter: 21+/-3.6 Jahre) und 111 gesunde Probanden (Alter: 25+/-3.5 Jahre). Wir verglichen die mittlere Clearance und das mittlere Verteilungsvolumen zwischen CF-Patienten und gesunden Probanden nach Normierung auf verschiedene Deskriptoren für Körpergröße. Diese beinhalteten Gesamtkörpergewicht (WT), fettfreie Körpermasse (FFM) und das vorhergesagte Normalgewicht (engl.: „predicted normal weight“, PNWT). Wir verwendeten lineare und allometrische Skalierung der PK Parameter mit der Körpergröße und verglichen die Populations-PK-Parameter zwischen CF-Patienten und gesunden Probanden in einer Meta-Analyse. Zielkonzentrationen können präziser erreicht werden, wenn ein Deskriptor für die Körpergröße die zufällige, unerklärte BSV verringert. Daher untersuchten wir die Verringerung der unerklärten BSV für einige Körpergrößen-Deskriptoren. Lineares Skalieren mit WT nahmen wir als Vergleichswert für die BSV, da die Dosen für CF-Patienten meist als mg/kg WT berechnet werden. Ergebnisse: Ohne Beachtung der Körpergröße war die mittlere Gesamtkörperclearance um 15% niedriger (p=0.005) in CF-Patienten und das Verteilungsvolumen im Steady-State um 17% niedriger (p=0.001) in CF-Patienten verglichen mit gesunden Probanden. Bei linearer Skalierung mit WT, war die mittlere Gesamtkörperclearance in CF-Patienten dividiert durch die Gesamtkörperclearance in Gesunden 1.15 (p=0.013). Dieser Quotient betrug 1.06 (p=0.191) für das Verteilungsvolumen. Bei einem Quotienten von 1.0 hätten CF-Patienten und gesunde Probanden der gleichen Körpergröße identische mittlere Clearances bzw. Verteilungsvolumina. Für allometrisches Skalieren mit FFM oder PNWT lagen fast alle Quotienten für Gesamtkörperclearance und Verteilungsvolumen zwischen CF-Patienten und Gesunden zwischen 0.80 und 1.25 und die mittleren Quotienten waren nahe 1.0. Allometrisches Skalieren mit FFM oder PNWT reduzierte die unerklärte BSV in der renalen Clearance um 24 bis 27% (Median der 10 Substanzen) verglichen mit linearem Skalieren mit WT. Sieben oder acht der zehn Substanzen hatten eine Verringerung der unerklärten BSV in der renalen Clearance um mehr als 15% und die übrigen zwei bzw. drei Substanzen erreichten eine ähnliche (+/-15%) unerklärte BSV für renale Clearance. Schlussfolgerungen: Die PK in CF-Patienten war vergleichbar mit der PK in Gesunden, wenn man Körpergröße und Körperzusammensetzung durch allometrisches Skalieren mit FFM oder PNWT berücksichtigte. Zielkonzentrationen und Zieleffekte in CF-Patienten konnten durch allometrisches Skalieren mit FFM oder PNWT am genausten erreicht werden. Zukünftige Studien in CF-Patienten zur klinischen Überlegenheit von allometrischer Dosiswahl mit FFM oder PNWT verglichen mit Dosiswahl als mg/kg WT sollten durchgeführt werden.

Das Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung von morphologischen und funktionellen Techniken zur Untersuchung der Lunge am Niederfeld MRT bei Patienten mit Mukoviszidose. Patienten mit Mukoviszidose und lungengesunde Probanden wurden an einem Niederfeld-MRT (0,2 Tesla) mittels coronaren TrueFISP, FLASH 2D und FLASH 3D Sequenzen untersucht. T1 und T2*-Messungen wurden während Atmung von Raumluft und Atmung von 100 % Sauerstoff durchgeführt und die Parameterkarten pixelweise berechnet. Die für die Lungenbildgebung am Niederfeld-MRT optimierten 2D und 3D FLASH Sequenzen zeigten ein signifikant besseres Signalverhalten als die Standardsequenz TrueFISP. Zur Beurteilung der Parenchymveränderungen wurde ein MR-Score in Anlehnung an den Chrispin-Norman-Score angewandt. Es zeigte sich eine gute Korrelation zwischen dem MR-Score der FLASH-Sequenzen und dem etablierten CN-Score der konventionellen Bildgebung mit einer geringen Interobservariabiliät für die 2D und 3D FLASH Sequenzen. Schließlich konnte eine O2-gestütze funktionelle Bildgebung der Lunge bei Patienten mit Mukoviszidose am offenen Niederfeld-MRT etabliert werden. Es zeigten sich gute Korrelationen zwischen der relativen Änderung der T1 Relaxationszeit und der spirometrisch bestimmten Lungenfunktion. Ein solcher Zusammenhang konnte für die T2*-Messungen nicht hergestellt werden. Aufgrund der Patientenfreundlichkeit ist diese Technik insbesondere für die Untersuchung von Kindern geeignet. / The purpose of the present thesis was to evaluate the clinical relevance of morpholocical and functional MRI of the human lung using an open-designed magnet system for patients with cystic fibrosis. Such patients and healthy volunteers were investigated in a low-field (0,2 Tesla) MR-scanner by TrueFISP, FLASH 2D und FLASH 3D sequences (Magnetom Open 0,2 Tesla, Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany). For functional lung imaging the patients and volunteers alternately breathed room air and 100 % oxygen. All images were fitted pixel by pixel and T1 and T2* parameter maps were generated. The optimized FLASH 2D and 3D sequences demonstrated a significantly higher signal-to-noise ratio in comparison to TrueFISP sequence. The here proposed modified CN-Score for low-field MRI correlated well with the established score of Chrispin and Norman in CXR and showed a low interobserver variability for FLASH 2D und FLASH 3D sequences. Oxygen-enhanced T1 und T2* mapping of the human lung was successfully etablished at an open low field scanner in patients with cystic fibrosis. Observed relative changes of the average pulmonary relaxation times T1 and T2* were related to pulmonary function tests. The measured T1 values were in good agreement with the severity of disease in CF defined by the pulmonary function test. This was not the case for navigated T2* mapping. The open design provides superior patient comfort and relieves the examination of children.

München, Techn. Universiẗat, Diss., 2007.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Es gibt keine bekannte Lungenerkrankung, die eine so frühe, chronische und intensive Entzündungsreaktion hervorruft, wie sie in den Atemwegen von Patienten mit Mukoviszidose (CF) auftritt. CF ist die häufigste tödliche autosomal-rezessiv vererbte Krankheit in der kaukasischen Bevölkerung, die durch eine Mutation im CFTR-Gen (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) verursacht wird, dass für das CFTR-Protein kodiert. Defekte in diesem Protein führen zu einer epithelialen Dysfunktion und betreffen mehrere Organe, aber die Lungenpathologie ist für über 85% der Morbidität und Mortalität bei CF verantwortlich. Die CF-Lungenpathologie konzentriert sich auf die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Erreger, wobei die CFTR-Dysfunktion Infektionen begünstigt und die Infektionen in Verbindung mit einer dysfunktionalen Immunantwort einen anhaltenden Entzündungskreislauf in Gang setzen. Dieser Teufelskreis aus Infektion und Entzündung führt schließlich zu Lungenschäden, Atemversagen und letztlich zum Tod. Die vorherrschende Infektion bei Mukoviszidose ist die durch P. aeruginosa, wobei im europäischen Durchschnitt 41% der erwachsenen Patienten infiziert sind. Bemerkenswert ist, dass das Mikrobiom der Atemwege bei Mukoviszidose polymikrobieller Natur ist. Da frühere Studien einen positiven Zusammenhang zwischen einer hohen Mikrobiom-Diversität und einer verbesserten Lungenfunktion bei Mukoviszidose festgestellt haben, wurde die Hypothese aufgestellt, dass bestimmte Kommensalen vor einer Infektion mit P. aeruginosa in den CF-Atemwegen schützen könnten. Um dies genauer zu untersuchen wurden 105 kommensale Isolate aus 32 verschiedenen Arten von Sputumproben von Patienten mit Mukoviszidose isoliert und mit einem fluoreszierenden P. aeruginosa PA01-mcherry-Stamm auf antagonistische Wirkungen bei direkten Erreger-Kommensalen-Interaktionen untersucht. Diese Isolate wurden zusätzlich auf immunmodulatorische Effekte bei Kommensal-Wirt-Pathogen-Interaktionen, unter Verwendung von BEAS-2B-Bronchialepithelzelllinien, untersucht. Ausgewählte Isolate mit schützender Wirkung wurden anschließend auf immunmodulatorische Effekte unter Verwendung von CFBE41o ΔF508-Zellen und einem natürlicheren Lungen-Präzisionsschnitt-Modell (PCLS) untersucht und die produzierten Zytokine mittels ELISA sowie mit einem Multiplex-Zytokin-Assay gemessen. Genexpressionsanalysen wurden zudem mittels qRT-PCR durchgeführt. Die zugrundeliegenden Mechanismen wurden mittels transkriptomischer Analysen, Vergleiche der gesamten Genomsequenz (WGS) und mechanischer Studien einschließlich Stoffwechselanalysen mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass ausgewählte Streptokokken-Kommensal-Isolate, insbesondere Vertreter von S. mitis, S. oralis, S. cristatus, S. gordonii, S. sanguinis und S. parasanguinis, starke antagonistische Effekte auf das Wachstum von P. aeruginosa in direkten Kokulturen haben. Ausgewählte Vertreter von S. mitis, S. oralis und S. cristatus verhinderten zudem das Wachstum anderer klinischer und nicht-klinischer Isolate von P. aeruginosa, sowie anderer typischer Mukoviszidose-Erreger wie Staphylococcus aureus, Burkholderia spp., Achromobacter xylosoxidans, Proteus mirabilis, Haemophilus influenzae, Stenotrophomonas maltophilia, Enterococcus faecalis und Klebsiella pneumoniae. Eine wirksame Mukoviszidose-Therapie sollte nicht nur die Infektion, sondern auch die damit einhergehende bösartige Entzündung bekämpfen. Im Gegensatz zu den Mitgliedern der gram-negativen Neisseria spp., die die IL-8-Produktion bei einer Monoinfektion signifikant stimulierten, taten dies alle gram-positiven Kommensalen-Isolate nicht. Ausgewählte Kommensalen regulierten auch die P. aeruginosa PA01- und LPS-induzierte Produktion mehrerer entzündlicher Zytokine in menschlichen Atemwegsepithelzellen (BEAS-2B sowie CFBE41o ΔF508 und korrigierte wtCFTR) und in PCLS der Maus. Diese Ergebnisse wurden auch durch Genexpressionsanalysen bestätigt, was darauf hindeutet, dass die Immunmodulation möglicherweise durch eine veränderte TLR-Signalübertragung vermittelt wird. Transkriptomische Analysen nach Koinfektion von S. mitis Isolat 4 (SM4) und PA01 auf PCLS zeigten eine signifikante Runterregulation von Entzündungsreaktionen wie mTOR und Toll-like-Rezeptor-Signalen. Ein WGS-Vergleich zeigte, dass mehr als die Hälfte der am stärksten angereicherten Genfunktionen bei hemmenden Streptokokken-Isolaten für den Kohlenhydrat-Transport und -Stoffwechsel verantwortlich waren, während sie bei den nicht hemmenden Streptokokken-Isolaten unter den am stärksten angereicherten Genfunktionen fehlten. Mechanische Untersuchungen zeigten, dass der glykolytische Signalweg für die antipseudomonische Wirkung entscheidend ist und dass hemmende Kommensalen hemmende Wirkungen vermitteln, indem sie den pH-Wert ihrer Wachstumsmedien < 5,0 senken und Acetat > 0,2 mg/ml produzieren. Es wurde nachgewiesen, dass Acetat signifikante immunmodulatorische Effekte gegen PA01- und LPS-induzierte Entzündungsreaktionen in BEAS-2B und PCLS vermittelt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ausgewählte kommensale Bakterien Schutzwirkungen in den Atemwegen von Mukoviszidose-Patienten herbeiführen, indem sie Acetat produzieren, das antipseudomonale und immunmodulatorische Wirkungen vermittelt. Einserseits direkt, indem es durch Bakterien- und Wirtszellen diffundiert und so unmittelbare Auswirkungen hat, als auch indirekt, indem es Wirtszellen dazu anregt, Bakterien effizient zu beseitigen und Entzündungen zu kontrollieren. Da die Verwendung ganzer Bakterien als Probiotika bei immungeschwächten Patienten beispielsweise bei Mukoviszidose mit einigen Herausforderungen verbunden ist, stellt die Verwendung von bakteriellen Metaboliten wie Acetat eine sicherere, einfachere und praktischere Alternative dar.:List of Abbreviations (i) Table of Contents (iv) 1. SUMMARY (1) 1.1 Zusammenfassung (1) 1.2 ABSTRACT (3) 2. INTRODUCTION (5) 2.1 Cystic fibrosis (5) 2.2 Development of the CF lung pathology (6) 2.3 The immune response (8) 2.3.1 Innate and adaptive immunity (8) 2.3.2 Toll-like receptors (TLRs) (9) 2.4 Inflammation in CF (11) 2.4.1 Neutrophils in CF (11) 2.4.2 Macrophages in CF (12) 2.4.3 Eicosanoid metabolites in CF (12) 2.4.4 Chemokines in CF (12) 2.5 Airway sampling for microbiome studies (13) 2.6 CF airway microbiome (14) 2.6.1 The healthy lung microbiome (14) 2.6.2 Pathogenic bacterial members of the CF microbiome and pulmonary exacerbations (15) 2.6.3 Pseudomonas aeruginosa in CF (16) 2.6.4 Anaerobic CF microbiota (17) 2.6.5 Fungal CF microbiota (17) 2.6.6 Virus CF microbiota (18) 2.6.7 Commensal-pathogen interactions in CF (18) 2.7 CFTR modulators (18) 2.8 Human epithelial cell lines and murine precision-cut lung slices (PCLS) as in vitro model systems (19) 2.9 Next-generation sequencing (NGS) in CF microbiome studies (20) 2.10 Objectives of this study (21) 3. MATERIALS AND METHODS (23) 3.1 Materials (23) 3.1.1 Devices and Instruments (23) 3.1.2 Software (24) 3.1.3 Consumables (25) 3.1.4 Chemicals, Reagents, Media, and Antibiotics (26) 3.1.5 Kits (29) 3.1.6 Buffers, Media, and Solutions (30) 3.1.7 qPCR Primers (32) 3.1.8 Cell lines (33) 3.1.9 Mouse strains (33) 3.1.10 Bacteria isolates (34) 3.2 Methods (37) 3.2.1 Isolation, identification, and storage of isolates (37) 3.2.2 Pathogens-Commensals direct cocultures (38) 3.2.3 HPLC of conditioned media from bacterial isolates (40) 3.2.4 Cell-Pathogen-Commensal cocultures (41) 3.2.5 PCLS cocultures (42) 3.2.6 RNA extraction, cDNA preparation, and quantitative RT-PCR (43) 3.2.7 RNA Sequencing and Transcriptome analysis (45) 3.2.8 Bacteria DNA extraction and Whole Genome Sequencing (46) 3.2.9 Biochemistry (47) 3.2.10 Statistical analyses (49) 4. RESULTS (50) 4.1 Analysis of direct commensal-pathogen interactions (50) 4.1.1 Several streptococcal isolates inhibit the growth of P. aeruginosa with inter- and intra-species variability in the antipseudomonal effect (51) 4.1.2 Further commensal isolates that do not inhibit the growth of P. aeruginosa (54) 4.1.3 The lack of antipseudomonal effect by noninhibitory isolates is not due to insufficient cell numbers (54) 4.1.4 Fungal CF isolates in this study do not possess antipseudomonal effects (56) 4.1.5 SCAPEs (Selected Commensals with strong Anti-Pseudomonal Effects) also inhibit other P. aeruginosa strains (58) 4.1.6 SCAPEs inhibit other non-pseudomonal pathogenic CF isolates (60) 4.1.7 Inhibitory effects mediated by SCAPEs do not extend to the fungal CF isolates in this study (63) 4.2 Analysis of commensal-host-pathogen interactions using human bronchial epithelial cell lines (63) 4.2.1 Some commensal isolates are able to modulate PA01-induced IL-8 release in BEAS-2B cells (64) 4.2.2 Commensal-mediated IL-8 modulation in BEAS-2B cells is not due to PA01 growth inhibition (67) 4.2.3 Selected commensal isolates also modulate LPS-induced IL-8 release in BEAS-2B cells (68) 4.2.4 Selected S. mitis isolates also modulate IL-8 release in BEAS-2B cells induced by other CF P. aeruginosa isolates (68) 4.2.5 Selected commensal isolates modulate PA01-induced IL-8 release in CFBE41o cells (70) 4.2.6 Protective commensals need to be metabolically active to exert immunomodulatory effects (72) 4.2.7 Hydrogen peroxide produced by peroxide-producing Streptococcus spp. affects the viability of human bronchial epithelial cells (72) 4.2.8 Selected peroxide-producing Streptococcus spp. possess immunomodulatory activity when peroxide-induced cell death is prevented (75) 4.3 Analysis of commensal-host-pathogen interactions using mouse PCLS (80) 4.3.1 PCLS is more resilient against peroxide-induced loss of viability (80) 4.3.2 Selected S. mitis isolates modulate PA01-induced inflammatory response in mouse PCLS (82) 4.3.3 Immunomodulation of PA01-induced response by SM4 in PCLS is not due to active PA01 growth inhibition (84) 4.4 Analysis of the underlying mechanisms behind the streptococcal-mediated effects via transcriptome and whole genome sequencing (84) 4.4.1 Transcriptomic analyses show that SM4 downregulates signalling pathways involved in PA01-induced inflammatory responses in mouse PCLS (84) 4.4.2 Whole genome sequence comparison shows that in inhibitory commensals, most of their genes are involved in carbohydrate transport and metabolism (87) 4.5 Uncovering the mechanisms behind the observed streptococcal-mediated antipseudomonal effects (89) 4.5.1 Conditioned medium (CM) from SCAPEs inhibits the growth of P. aeruginosa and other typical CF pathogens (89) 4.5.2 Inhibitory activity of SCAPEs CM is neither heat sensitive nor proteinaceous (91) 4.5.3 Iron competition and the arginolytic pathway are not responsible for the observed inhibitory effects (91) 4.5.4 Peroxide production may contribute but does not play a major role in the antipseudomonal effects (94) 4.5.5 Several members of Streptococcus spp. mediate antipseudomonal effects via the glycolytic pathway (94) 4.5.6 Low pH plays a major role in the observed inhibition (97) 4.5.7 SCAPEs and other selected commensal isolates can mediate antipseudomonal effects by simultaneously lowering the pH and secreting acetate (98) 4.5.8 Extracellular addition of 0.5 mg/ml acetate at pH 5.0 inhibits the growth of P. aeruginosa (100) 4.5.9 Other SCFAs like propionate and butyrate at pH 5.0 also inhibit P. aeruginosa isolates (102) 4.5.10 Acetate has better antipseudomonal activity than propionate and butyrate (103) 4.6 Commensals may mediate their protective effects via acetate production (104) 4.6.1 SCFAs modulate PA01- and LPS-induced IL-8 release in BEAS-2B cells (104) 4.6.2 SCFA levels used are well below cell toxicity levels (105) 4.6.3 Acetate modulates PA01 and LPS-induced immune response in mouse PCLS (107) 5. DISCUSSION (110) 5.1 SCAPEs mediate inhibitory effects in direct commensal-pathogen interactions against P. aeruginosa and other typical CF pathogens (110) 5.1.1 Members of Streptococcus spp. mediate inter- and intra-species variability in their antipseudomonal effects (111) 5.1.2 SCAPEs inhibit other clinical and nonclinical P. aeruginosa strains as well as other typical CF pathogens (113) 5.2 Selected commensals modulate PA01- and LPS-induced inflammatory response in human airway epithelial cells and mouse PCLS (115) 5.2.1 The gram-positive commensal isolates in this study do not significantly stimulate inflammatory response in human bronchial epithelial cells and mouse PCLS (115) 5.2.2 Selected gram-positive commensal isolates modulate P. aeruginosa-triggered inflammatory response in BEAS-2B cells with inter- and intra-species variation (117) 5.2.3 Selected commensal isolates modulate P. aeruginosa-triggered inflammatory response in CFBE41o ΔF508 (120) 5.2.4 Selected S. mitis isolates modulate P. aeruginosa-induced inflammatory response in mouse PCLS (121) 5.3 Commensals exert protective effects against P. aeruginosa infection via acetate production (124) 5.3.1 Conditioned medium (CM) from selected commensal isolates need to be acidic to mediate inhibition of growth of P. aeruginosa and other typical CF pathogens (125) 5.3.2 The glycolytic pathway is important for streptococcal-mediated antipseudomonal effects (127) 5.3.3 Commensal bacteria mediate growth inhibitory effects by simultaneously lowering the pH and producing acetate (128) 5.3.4 Acetate modulates PA01- and LPS-induced inflammation in bronchial epithelial cells and PCLS (131) 5.4 Conclusions and Outlook (134) 6. DECLARATIONS (158) 6.1 Statement of Authorship (158) 6.2 Declaration of compliance (160) 7. Acknowledgements (161) / There is no known lung disease that causes such a very early, chronic, and intense inflammatory reaction as seen in the airways of patients with cystic fibrosis (CF). CF is the most common lethal autosomal recessive genetic condition in the Caucasian population caused by a mutation in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene encoding for the CFTR protein. Defects in this protein result into epithelial dysfunction and affect several organs but lung pathology accounts for over 85% of CF morbidity and mortality. The CF lung pathology centers on the host-pathogen interactions where CFTR dysfunction predisposes to infections and the infections coupled with a dysfunctional immune response drive a sustained inflammatory cycle. This vicious cycle of infection and inflammation ultimately results in lung damage, respiratory failure and then, death. The most predominant infection in CF is by P. aeruginosa with an overall European average of 41.0% of adult patients infected. Of note, airway microbiome in CF is of polymicrobial nature. Given that previous studies have established positive correlations between a high microbiome diversity and improved lung function in CF, it was hypothesized that certain commensals may be protective against P. aeruginosa infection in the CF airways. Therefore, 105 commensal isolates from 32 different species were isolated from sputum samples of patients with CF and screened for antagonistic effects in direct pathogen-commensal interactions using a fluorescent P. aeruginosa PA01-mcherry strain. These isolates were also screened for immunomodulatory effects in commensal-host-pathogen interactions using BEAS-2B bronchial epithelial cell lines. Selected isolates with protective effects were subsequently screened for immunomodulatory effects using CFBE41o ΔF508 cells and a more natural precision-cut-lung-slices (PCLS) model and the produced cytokines were measured via ELISA as well as via a multiplex cytokine assay. Gene expression analyses were also conducted via qRT-PCR. Underlying mechanisms were explored via transcriptomic analyses, whole genome sequence (WGS) comparisons, and mechanistic studies including metabolic analyses via high-performance liquid chromatography. It was demonstrated that selected streptococcal commensal isolates, especially members belonging to S. mitis, S. oralis, S. cristatus, S. gordonii, S. sanguinis, and S. parasanguinis, mediate potent antagonistic effects against the growth of P. aeruginosa in direct cocultures. Selected members from S. mitis, S. oralis, and S. cristatus also prevented the growth of other P. aeruginosa clinical and nonclinical isolates as well as other typical CF pathogens including Staphylococcus aureus, Burkholderia spp., Achromobacter xylosoxidans, Proteus mirabilis, Haemophilus influenzae, Stenotrophomonas maltophilia, Enterococcus faecalis, and Klebsiella pneumoniae. An effective CF therapy should not only address infection but the accompanying vicious inflammation as well. Unlike the members of the gram-negative Neisseria spp. which significantly stimulated IL-8 production in mono-infection, all the gram-positive commensal isolates did not. Selected commensals also modulated P. aeruginosa PA01- and LPS-induced production of several inflammatory cytokines in human airway epithelial cells (BEAS-2B as well as CFBE41o ΔF508 and corrected wtCFTR) and in mouse PCLS. These findings were also confirmed via gene expression analyses indicating that the immunomodulation may be mediated by altered TLR signalling. Transcriptomic analyses after co-infection of S. mitis isolate 4 (SM4) and PA01 on PCLS revealed a significant downregulation of inflammatory responses such as mTOR and toll-like receptor signalling. WGS comparison showed that over half of the most enriched gene functions in inhibitory streptococcal isolates were responsible for carbohydrate transport and metabolism but were absent among the most enriched gene functions for the noninhibitory streptococcal isolates. Mechanistic investigations demonstrated that the glycolytic pathway was essential for antipseudomonal effects and that inhibitory commensals mediate inhibitory effects by lowering the pH of their growth media < 5.0 and producing acetate > 0.2 mg/ml. Acetate was demonstrated to mediate significant immunomodulatory effects against PA01- and LPS-induced inflammatory response in BEAS-2B and PCLS. In conclusion, selected commensal bacteria induce protective effects in the CF airway by producing acetate, which mediates antipseudomonal and immmunomodulatory activities both directly by diffusing across bacterial and host cells to mediate direct effects as well as indirectly by stimulating host cells to clear bacteria efficiently and control inflammation. Given that the use of whole bacteria as probiotics in immunocompromised patients like in CF possesses several challenges, the use of bacterial metabolites like acetate presents a safer, easier, and more practical alternative.:List of Abbreviations (i) Table of Contents (iv) 1. SUMMARY (1) 1.1 Zusammenfassung (1) 1.2 ABSTRACT (3) 2. INTRODUCTION (5) 2.1 Cystic fibrosis (5) 2.2 Development of the CF lung pathology (6) 2.3 The immune response (8) 2.3.1 Innate and adaptive immunity (8) 2.3.2 Toll-like receptors (TLRs) (9) 2.4 Inflammation in CF (11) 2.4.1 Neutrophils in CF (11) 2.4.2 Macrophages in CF (12) 2.4.3 Eicosanoid metabolites in CF (12) 2.4.4 Chemokines in CF (12) 2.5 Airway sampling for microbiome studies (13) 2.6 CF airway microbiome (14) 2.6.1 The healthy lung microbiome (14) 2.6.2 Pathogenic bacterial members of the CF microbiome and pulmonary exacerbations (15) 2.6.3 Pseudomonas aeruginosa in CF (16) 2.6.4 Anaerobic CF microbiota (17) 2.6.5 Fungal CF microbiota (17) 2.6.6 Virus CF microbiota (18) 2.6.7 Commensal-pathogen interactions in CF (18) 2.7 CFTR modulators (18) 2.8 Human epithelial cell lines and murine precision-cut lung slices (PCLS) as in vitro model systems (19) 2.9 Next-generation sequencing (NGS) in CF microbiome studies (20) 2.10 Objectives of this study (21) 3. MATERIALS AND METHODS (23) 3.1 Materials (23) 3.1.1 Devices and Instruments (23) 3.1.2 Software (24) 3.1.3 Consumables (25) 3.1.4 Chemicals, Reagents, Media, and Antibiotics (26) 3.1.5 Kits (29) 3.1.6 Buffers, Media, and Solutions (30) 3.1.7 qPCR Primers (32) 3.1.8 Cell lines (33) 3.1.9 Mouse strains (33) 3.1.10 Bacteria isolates (34) 3.2 Methods (37) 3.2.1 Isolation, identification, and storage of isolates (37) 3.2.2 Pathogens-Commensals direct cocultures (38) 3.2.3 HPLC of conditioned media from bacterial isolates (40) 3.2.4 Cell-Pathogen-Commensal cocultures (41) 3.2.5 PCLS cocultures (42) 3.2.6 RNA extraction, cDNA preparation, and quantitative RT-PCR (43) 3.2.7 RNA Sequencing and Transcriptome analysis (45) 3.2.8 Bacteria DNA extraction and Whole Genome Sequencing (46) 3.2.9 Biochemistry (47) 3.2.10 Statistical analyses (49) 4. RESULTS (50) 4.1 Analysis of direct commensal-pathogen interactions (50) 4.1.1 Several streptococcal isolates inhibit the growth of P. aeruginosa with inter- and intra-species variability in the antipseudomonal effect (51) 4.1.2 Further commensal isolates that do not inhibit the growth of P. aeruginosa (54) 4.1.3 The lack of antipseudomonal effect by noninhibitory isolates is not due to insufficient cell numbers (54) 4.1.4 Fungal CF isolates in this study do not possess antipseudomonal effects (56) 4.1.5 SCAPEs (Selected Commensals with strong Anti-Pseudomonal Effects) also inhibit other P. aeruginosa strains (58) 4.1.6 SCAPEs inhibit other non-pseudomonal pathogenic CF isolates (60) 4.1.7 Inhibitory effects mediated by SCAPEs do not extend to the fungal CF isolates in this study (63) 4.2 Analysis of commensal-host-pathogen interactions using human bronchial epithelial cell lines (63) 4.2.1 Some commensal isolates are able to modulate PA01-induced IL-8 release in BEAS-2B cells (64) 4.2.2 Commensal-mediated IL-8 modulation in BEAS-2B cells is not due to PA01 growth inhibition (67) 4.2.3 Selected commensal isolates also modulate LPS-induced IL-8 release in BEAS-2B cells (68) 4.2.4 Selected S. mitis isolates also modulate IL-8 release in BEAS-2B cells induced by other CF P. aeruginosa isolates (68) 4.2.5 Selected commensal isolates modulate PA01-induced IL-8 release in CFBE41o cells (70) 4.2.6 Protective commensals need to be metabolically active to exert immunomodulatory effects (72) 4.2.7 Hydrogen peroxide produced by peroxide-producing Streptococcus spp. affects the viability of human bronchial epithelial cells (72) 4.2.8 Selected peroxide-producing Streptococcus spp. possess immunomodulatory activity when peroxide-induced cell death is prevented (75) 4.3 Analysis of commensal-host-pathogen interactions using mouse PCLS (80) 4.3.1 PCLS is more resilient against peroxide-induced loss of viability (80) 4.3.2 Selected S. mitis isolates modulate PA01-induced inflammatory response in mouse PCLS (82) 4.3.3 Immunomodulation of PA01-induced response by SM4 in PCLS is not due to active PA01 growth inhibition (84) 4.4 Analysis of the underlying mechanisms behind the streptococcal-mediated effects via transcriptome and whole genome sequencing (84) 4.4.1 Transcriptomic analyses show that SM4 downregulates signalling pathways involved in PA01-induced inflammatory responses in mouse PCLS (84) 4.4.2 Whole genome sequence comparison shows that in inhibitory commensals, most of their genes are involved in carbohydrate transport and metabolism (87) 4.5 Uncovering the mechanisms behind the observed streptococcal-mediated antipseudomonal effects (89) 4.5.1 Conditioned medium (CM) from SCAPEs inhibits the growth of P. aeruginosa and other typical CF pathogens (89) 4.5.2 Inhibitory activity of SCAPEs CM is neither heat sensitive nor proteinaceous (91) 4.5.3 Iron competition and the arginolytic pathway are not responsible for the observed inhibitory effects (91) 4.5.4 Peroxide production may contribute but does not play a major role in the antipseudomonal effects (94) 4.5.5 Several members of Streptococcus spp. mediate antipseudomonal effects via the glycolytic pathway (94) 4.5.6 Low pH plays a major role in the observed inhibition (97) 4.5.7 SCAPEs and other selected commensal isolates can mediate antipseudomonal effects by simultaneously lowering the pH and secreting acetate (98) 4.5.8 Extracellular addition of 0.5 mg/ml acetate at pH 5.0 inhibits the growth of P. aeruginosa (100) 4.5.9 Other SCFAs like propionate and butyrate at pH 5.0 also inhibit P. aeruginosa isolates (102) 4.5.10 Acetate has better antipseudomonal activity than propionate and butyrate (103) 4.6 Commensals may mediate their protective effects via acetate production (104) 4.6.1 SCFAs modulate PA01- and LPS-induced IL-8 release in BEAS-2B cells (104) 4.6.2 SCFA levels used are well below cell toxicity levels (105) 4.6.3 Acetate modulates PA01 and LPS-induced immune response in mouse PCLS (107) 5. DISCUSSION (110) 5.1 SCAPEs mediate inhibitory effects in direct commensal-pathogen interactions against P. aeruginosa and other typical CF pathogens (110) 5.1.1 Members of Streptococcus spp. mediate inter- and intra-species variability in their antipseudomonal effects (111) 5.1.2 SCAPEs inhibit other clinical and nonclinical P. aeruginosa strains as well as other typical CF pathogens (113) 5.2 Selected commensals modulate PA01- and LPS-induced inflammatory response in human airway epithelial cells and mouse PCLS (115) 5.2.1 The gram-positive commensal isolates in this study do not significantly stimulate inflammatory response in human bronchial epithelial cells and mouse PCLS (115) 5.2.2 Selected gram-positive commensal isolates modulate P. aeruginosa-triggered inflammatory response in BEAS-2B cells with inter- and intra-species variation (117) 5.2.3 Selected commensal isolates modulate P. aeruginosa-triggered inflammatory response in CFBE41o ΔF508 (120) 5.2.4 Selected S. mitis isolates modulate P. aeruginosa-induced inflammatory response in mouse PCLS (121) 5.3 Commensals exert protective effects against P. aeruginosa infection via acetate production (124) 5.3.1 Conditioned medium (CM) from selected commensal isolates need to be acidic to mediate inhibition of growth of P. aeruginosa and other typical CF pathogens (125) 5.3.2 The glycolytic pathway is important for streptococcal-mediated antipseudomonal effects (127) 5.3.3 Commensal bacteria mediate growth inhibitory effects by simultaneously lowering the pH and producing acetate (128) 5.3.4 Acetate modulates PA01- and LPS-induced inflammation in bronchial epithelial cells and PCLS (131) 5.4 Conclusions and Outlook (134) 6. DECLARATIONS (158) 6.1 Statement of Authorship (158) 6.2 Declaration of compliance (160) 7. Acknowledgements (161)