Zusammenfassung Untersuchungen zur Beeinflussung von experimentellen Salmonella Enteritidis PT4 Infektionen bei Küken durch den probiotischen Stamm Escherichia coli Nissle 1917 Imad Azmi Awadein Mohamed Institut für Bakteriologie und Mykologie, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig und Institut für Geflügelkrankheiten, Veterinärmedizinische Fakultät, Freie Universität Berlin Eingereicht im Januar, 2004 Schlüsselworte: (E. coli Stamm Nissle 1917, Küken, S. Enteritidis, Probiotika, Bdellovibrionen) (94 Seiten, 48 Abbildungen, 16 Tabellen und 150 Referenzen) 1- Untersucht wurden die Auswirkungen der oralen Applikation von E. coli Stamm Nissle 1917 und Bdellovibrio bacteriovorus auf die Reduktion der Ansiedlung von S. Enteritidis PT4, auf die Reduktion der Mortalitätsrate, auf die Gesamtzahl aerober und Gram-negativer Bakterien, auf die Anzahl von Bdellovibrionen und auf das Körpergewicht von SPF-Hühnern. Im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe konnten bei der Ansiedlung von S. Enteritidis PT4 im Caecum der Testgruppen an den Tagen 14, 21 und 28 signifikante Unterschiede festgestellt werden. Im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe, die eine Mortalitätsrate von 10% aufweist, war die Mortalitätsrate der Testgruppen deutlich reduziert. Ebenso waren in den Testgruppen die aerobe und Gram-negative Gesamtkeimzahl am Tag 28 im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe deutlich verringert. Signifikanten Anstieg der Bdellovibrionen Anzahl zeigten die Testgruppen sowohl im Vergleich zur positiven als auch negativen Kontrollgruppe. Beim Vergleich zwischen dem Gesamtkörpergewicht der Testgruppen zu dem der negativen und den überlebenden Tieren der positiven Kontrollgruppe gab es keine signifikanten Unterschiede. 2- Untersucht wurden die Auswirkungen der oralen Applikation von E. coli Stamm Nissle 1917 und Bdellovibrio bacteriovorus auf die Reisolation von S. Enteritidis PT4 aus verschiedenen Teilen des Intestinaltrakts und diverser Organe von SPF-Hühnern. In Kropf, Proventrikel, Herzblut, Lunge, Leber und Milz der Testgruppen konnte im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe eine Reduktion ermittelt werden, die Reisolation von S. Enteritidis aus dem Caecum der Testgruppen zeigte keinen Unterschied im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe. 3- Untersucht wurden die Auswirkungen der oralen Applikation von E. coli Stamm Nissle 1917 und Bdellovibrio bacteriovorus an Konzentrationen von Serum-Avidin, IgY gegen S. Enteritidis und IgY gegen E. coli Nissle 1917 bei experimentell mit S. Enteritidis-infizierten SPF-Hühnern. Die Untersuchungen ergaben eine signifikante Senkung der Serum-Avidin-Konzentration im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe, vor allem sieben Tage post infectionem mit S. Enteritidis. Ein signifikanter Anstieg der Konzentration von IgY gegen S. Enteritidis konnte bei den Testgruppen im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe vor allem an den Tagen sieben verzeichnet werden. Ein signifikanter Anstieg der Konzentration von IgY gegen E. coli Nissle 1917 konnte in allen Testgruppen im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe festgestellt werden. 4- Untersucht wurden die Auswirkungen der oralen Applikation von E. coli Nissle 1917 mit und ohne Plasmid auf die Reduktion der Ansiedelung von S. Enteritidis PT4, auf die Reduktion der Mortalitätsrate, die aerobe und Gram-negative Gesamtkeimzahl, die Bdellovibrionen-Gesamtkeimzahl, Keimzahlen von Lactobacillus, Bifidobacterium und C. perfringens und das Körpergewicht von SPF-Hühnern. Im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe konnte im Caecum der Testgruppen ein signifikanter Rückgang der Ansiedelung von S. Enteritidis an den Tagen 7, 21 und 28 verzeichnet werden, außerdem konnte bei den Testgruppen kein Todesfall festgestellt werden, wohingegen die Sterblichkeitsrate der positiven Kontrollgruppe bei 15% lag. Ein signifikantes Absinken in der totalen Gesamtkeimzahl und der Gram-negativen Gesamtkeimzahl konnte für die Testgruppen im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe an den Tagen 21 beziehungsweise 28 verzeichnet werden. Die Isolation von Bdellovibrionen aus den Testgruppen ergab keinen Unterschied zu den Kontrollgruppen. Die Lactobacillus-Bifidobacterium-Keimzahl war in den Testgruppen im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe signifikant erhöht, vor allem am Tag sieben. Die C. perfringens-Keimzahl war in der positiven Kontrollgruppe gegenüber den Testgruppen am Tag 7 und 14 signifikant erhöht. Die Vergleiche des Körpergewichts der Testgruppen, negativer und überlebender Tiere der positiven Kontrollgruppe zeigten keinen signifikanten Unterschied. 5- Untersucht wurden die Auswirkungen der oralen Applikation von E. coli Stamm Nissle 1917 mit und ohne Plasmid auf die Reisolation von S. Enteritidis aus unterschiedlichen Teilen des Intestinaltraktes und aus Organen von SPF-Hühnern. Im Kropf, Proventrikel, Duodenum, Herzblut, Lunge, Leber und Milz konnte bei den Testgruppen im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe eine Senkung der Reisolationsrate festgestellt werden, wohingegen sich keine Unterschied beim Vergleich der Caeca von positiver Kontrollgruppe und von den Testgruppen zeigte. 6- Untersucht wurden die Auswirkungen der oralen Applikation von E. coli Stamm Nissle 1917 mit und ohne Plasmid auf die Konzentrationen von Serum-Avidin, IgY gegen S. Enteritidis und IgY gegen E. coli Nissle 1917 bei experimentell mit S. Enteritidis-infizierten SPF-Hühnern. Bei der Serum-Avidin-Konzentration konnte kein Unterschied zwischen Testgruppen und positiver Kontrollgruppe festgestellt werden. Die Testgruppen zeigten ihrerseits im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe eine signifikante Erhöhung der Konzentration von IgY gegen S. Enteritidis, vor allem an den Tagen 21 und 28. Ein signifikanter Anstieg der Konzentration von IgY gegen E. coli Nissle 1917 konnte in allen Testgruppen im Vergleich zur positiven Kontrollgruppe, vor allem an den Tagen sieben und vierzehn festgestellt werden. 7- Aus den Resultaten des ersten und des zweiten Versuchs schließen wir, dass der probiotische Stamm E. coli Nissle 1917 das Caecum von 7 bis 28 Tage alten Hühnern erfolgreich kolonialisieren kann. Orale Applikation des Stammes kann die Ansiedlung von S. Enteritidis, aerobe und Gram-negative Gesamtkeimzahl, Mortalitätsrate, Reisolationsrate von S. Enteritidis in Organen und im Intestinaltrakt (mit Ausnahme des Caecums im ersten Versuch) deutlich reduzieren. Die Kombination von E. coli Nissle 1917 und Bdellovibrio bacteriovorus hatte nicht den gewünschten Effekt, der auch von mehreren Autoren in-vitro beobachtet wurde. Bdellovibrionen waren in den Testgruppen des ersten Versuchs im Vergleich zu denen im zweiten deutlich erhöht. Beim durchschnittlichen Körpergewicht konnte kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Versuchen festgestellt werden. Der Serum-Avidin-Spiegel war im ersten Versuch in der Testgruppe deutlich reduziert, im zweiten dagegen nicht. Dies ist möglicherweise auf den Effekt von Bdellovibrionen zurückzuführen, bedarf allerdings noch der weiteren Bestätigung. Im Allgemeinen konnten wir eine signifikante Verbesserung des Immunsystems der Vögel als Resultat der oralen Applikation von E. coli Nissle 1917 feststellen. 8- Untersucht wurden die antagonistischen Effekte von E. coli Stamm Nissle 1917 mit und ohne Plasmid auf die in-vitro-Wachstumsrate von S. Enteritidis PT4. Wir konnten feststellen, dass E. coli Nissle 1917 sowohl mit als auch ohne Plasmid die Wachstumsrate von S. Enteritidis erfolgreich reduzieren konnte. / Summary Influence of the probiotic strain Escherichia coli Nissle 1917 on experimental infections with Salmonella Enteritidis PT4 in chickens Imad Azmi Awadein Mohamed Institute of Bacteriology and Mycology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig and Institute of Poultry Diseases, Faculty of Veterinary Medicine, Free University Berlin Submitted in January, 2004 Keywords: (E. coli strain Nissle 1917, chickens, S. Enteritidis, Probiotics, Bdellovibrios) (94 pages, 48 figures, 16 tables and 150 references) 1- The effect of oral application of E. coli strain Nissle 1917 with Bdellovibrio bacteriovorus on the colonization of S. Enteritidis PT4, reduction of the mortality rate, total aerobic bacterial counts, Gram negative bacterial counts, bdellovibrio bacterial counts and body weight of Specific Pathogen Free chickens were investigated. A significant reduction in the colonization of S. Enteritidis PT4 in the caecum of trial groups at 14, 21 and 28 days old in comparison to the positive control group was observed. A reduction in mortality rate in the trial groups was seen in comparison to the positive control group which had 10 %. The total aerobic and Gram negative bacterial counts were significantly decreased in the trial groups at 28 days old in comparison to the positive control group. Bdellovibrio bacterial counts were significantly increased in the trial groups in comparison to the control groups. No significant difference was seen in the mean body weight of the trial groups in comparison to control groups. 2- The effect of oral application of E. coli strain Nissle 1917 with Bdellovibrio bacteriovorus on reisolation rate of S. Enteritidis from different parts of the intestinal tract and organs of SPF chickens was investigated. A reduction in the S. Enteritidis reisolation rate was seen from crop, proventriculus, duodenum, heart blood, lungs, livers and spleens of the trial groups in comparison to the positive control group but not from the caecum. 3- The effect of oral application of E. coli strain Nissle 1917 and Bdellovibrio bacteriovorus on the serum avidin levels, IgY against S. Enteritidis and IgY against E. coli strain Nissle 1917 levels of SPF chickens experimentally infected with S. Enteritidis was investigated. A significant reduction in the serum avidin levels was observed in the trial groups at 7 days old in comparison to the positive control group. The antibody levels against S. Enteritidis was significantly increased in the trial group at 7 days old in comparison to the positive control group. A significant increase at day 7 in the antibody levels against E. coli strain Nissle 1917 was seen in the trial group in comparison to the positive control group. 4- The effect of oral application E. coli Nissle 1917 with and without plasmid on reduction on the colonization of S. Enteritidis PT4, reduction of the mortality rate, total aerobic bacterial counts, Gram negative bacterial counts, bdellovibrio bacterial counts, Lactobacillus-Bifidobacterium counts, C. perfringens bacterial counts and body weight of SPF chickens were investigated. A significant reduction in the colonization of S. Enteritidis PT4 in the caecum of trial groups at 7, 21 and 28 days old in comparison to the positive control group was observed. No mortalities were seen in the both trial groups in comparison to the positive control group which had 15 % mortalities. The total aerobic and Gram negative bacterial counts were significantly decreased in the trial groups at 21 and 28 days respectively old in comparison to the positive control group. No significant difference was observed in bdellovibrio isolation from the trial groups in comparison to the control group. Lactobacillus-Bifidobacterium bacterial counts were significantly increased in the trial groups at 7, 14 and 21 days old in comparison to the positive control group. A significant reduction in C. perfringens bacterial counts were seen in the trial groups at 7 and 14 days old in comparison to positive control group. No significant difference was observed in the mean body weight of the trial groups in comparison to control groups. 5- The effect of oral application E. coli Nissle 1917 with and without plasmid on the reisolation of S. Enteritidis from different parts of intestinal tract and organs of SPF chickens was investigated. A reduction in the S. Enteritidis reisolation rate was seen from crop, proventriculus, duodenum, caecum, heart blood, lungs, livers and spleens of the trial groups in comparison to the positive control group. 6- The effect of oral application E. coli Nissle 1917 with and without plasmid on the serum avidin levels, IgY against S. Enteritidis and IgY against E. coli strain Nissle 1917 levels of SPF chickens experimentally infected with S. Enteritidis were investigated. No significant reduction in the serum avidin levels were seen in the trial groups in comparison to the positive control group. The antibody levels against S. Enteritidis were significantly increased in the trial groups at 21 and 28 days old in comparison to the positive control group. A significant increase in the antibody levels against E. coli strain Nissle 1917 were seen in the trial groups in comparison to the positive control group. 7- From the results observed in the first and second experiments we concluded that probiotic strain E. coli Nissle 1917 can successfully colonize the caecum of SPF chickens from 7 to 28 days old. Oral appliction of probiotic strain E. coli Nissle 1917 has significantly reduced the S. Enteritidis colonization, total and Gram negative bacterial counts, mortality rate, reisolation rate of S. Enteritidis in organs and the intestinal tract except the caecum in first experiment in the trial groups in comparison to positive control. The combination between E. coli strain Nissle 1917 and B. bacteriovorus had not achieved the desirable effects in the first experiment which observed by many authors in vitro. Bdellovibrio was significantly increased in the trial groups of the first experiment in comparison to the second experiment. This may be a possible effect of Bdellovibrio which is yet to be confirmed. No significant difference was observed in the mean body weight in both experiment. A significant reduction of serum avidin levels were observed in the trial groups of the first experiment but not in the second experiment. We have observed a significant improvement in the immune system of the birds as a results of oral application of E. coli strain Nissle 1917. 8- Antagonistic effect of E. coli Nissle 1917 with and without plasmid on the growth rate of the S. Enteritidis PT4 in vitro was investigated. We concluded that E. coli Nissle 1917 with and without plasmid successfully reduced the growth rate of S. Enteritidis in comparison to the control one.

Durchfallerkrankungen unterschiedlicher Genese sind eine der häufigsten Vorstellungsgründe in der Kleintierpraxis. Neben den Folgen für das betroffene Tier selbst, ist die Erkrankung oft auch eine enorme Belastung für den Besitzer. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden erste grundlegende Erkenntnisse zum Einsatz des probiotisch wirksamen Escherichia coli Stamm Nissle 1917 (EcN) als Arzneimittel bei gastrointestinalen Störungen mit der Leitsymtomatik "Diarrhöe" bei der Tierart Hund gewonnen. Aus den vorliegenden Ergebnissen lässt sich ableiten, dass EcN in der Lage ist, die Magen-Darm-Passage bei solch erkrankten Hunden lebensfähig zu überwinden. Es wurde weiter gezeigt, dass EcN einem Placebo in der Behandlung eines akuten Durchfalls bei der Tierart Hund signifikant überlegen ist.

En 2022, le cancer colorectal (CCR) est le deuxième cancer le plus meurtrier au Canada et le troisième dans le monde. Plusieurs facteurs dont l’alimentation, le manque d'activité physique et la génétique, ont été identifiés comme contribuant au développement du CCR. Le microbiote intestinal, une communauté de micro-organismes vivant dans l'intestin de l'hôte, est également associé au développement du CCR, comme particulièrement Escherichia coli productrice de colibactine. Cette génotoxine induit des réticulations inter brin et cassures double brin (DSBs) de l’ADN dans les cellules de mammifères, entraînant des mutations et un risque élevé de développement du CCR. Nous avons pour objectif de contrôler la prolifération et la production de colibactin de la bactérie pks+ E. coli. Nous avons évalué la prévalence des bactéries pks+ et des bactéries bft+ chez des patients atteints de CCR et individus sains de la province de Québec (Canada), en utilisant une cohorte de 156 participants. Nous avons constaté qu'une grande proportion d’individus sains sont colonisés par des bactéries pks+ (42%) et à des niveaux similaires à ceux des patients atteints de CCR (46%). En ce qui concerne la bactérie entérotoxigénique Bacteroides fragilis (ETBF), le gène bft a été détecté chez 21% des contrôles sains et 32% des patients atteints de CCR, et 8% des contrôles sains et 13% des patients atteints de CRC étaient colonisés à la fois par des bactéries pks+ et par ETBF. Comme ces individus sains sont plus susceptibles de développer un CCR, il est vital de fournir des traitements nutritionnels et médicinaux personnalisés pour contrôler la croissance de ces bactéries. Nous avons ensuite étudié l'effet de la supplémentation en prébiotiques sur la génotoxicité des souches de E. coli productrice de colibactine dans un modèle cellulaire. L'inuline et les galacto-oligosaccharides ont augmenté l'expression du gène de la colibactine A chez E. coli pks+, ce qui a été aboli par l'addition de 125 µM de sulfate de fer. La souche de E. coli NC101 (EcNC101) a augmenté les dysplasies et DSBs dans les cellules d'adénocarcinome humain Caco-2, en présence de l'un ou l'autre des oligosaccharides. 6 Nos résultats indiquent que les oligosaccharides aggravent les dommages à l'ADN causés par les bactéries productrices de colibactine. Étant donné la popularité croissante de la supplémentation en prébiotiques et leur facilité d'accès, d'autres études sont nécessaires pour déterminer comment ces prébiotiques peuvent réguler le développement et la progression des tumeurs dans des modèles animaux et chez les humains en présence d'une colonisation par E. coli pks+. Nous avons constaté précédemment que l'inuline avait à la fois des effets protecteurs et des effets promoteurs de tumeurs dans le CCR, et ces divergences peuvent être attribuées à la présence de E. coli pks+. En utilisant le modèle de souris ApcMin/+ de CCR, nous avons cherché à savoir si les bactéries E. coli productrice de colibactine modifiaient la protection conférée par l'inuline contre le développement et la progression des tumeurs. La supplémentation en inuline a conduit à une augmentation de la colonisation par EcNC101, ce qui a entraîné une élévation des DSBs, de la charge tumorale et de la progression tumorale chez les souris ApcMin/+, de manière dépendante à la colibactine. E. coli Nissle 1917 pasteurisé a inhibé la croissance tumorale en inhibant la prolifération de EcNC101 induite par l'inuline. Nos résultats soulignent la nécessité de dépister les bactéries pks+ chez les patients et de leur fournir des conseils nutritionnels préventifs. En résumé, nous avons rapporté que les pré-biotiques, pro-biotiques et post-biotiques peuvent influencer la croissance de E. coli pks+ et/ou la sécrétion de colibactine. Par conséquent, la pertinence de ce projet serait de fournir une thérapie nutritionnelle personnalisée basée sur ces résultats pour les individus colonisés par ces bactéries, qui sont plus enclins à développer un cancer colorectal. / In 2022, colorectal cancer (CRC) was the second deadliest cancer in Canada and the third globally. Factors such as diet, lack of physical activity, and genetics have been identified as contributors to CRC development. The intestinal microbiota, a community of microorganisms living in the host intestine, has been associated with CRC development, particularly the colibactin-producing Escherichia coli. The genotoxin colibactin induces interstrand cross-links (ICLs) double-strand DNA breaks (DSBs) in mammalian cells, resulting in mutations and an elevated risk of CRC development. Therefore, these studies aimed to control the proliferation and production of colibactin of pks+ E. coli. Using a case-control study of 156 participants, we evaluated the prevalence of pks+ bacteria and bft+ bacteria in patients with CRC and healthy controls from the province of Québec (Canada). We found that similar to patients with CRC (46%), a large proportion of healthy controls were colonized by pks+ bacteria (42%). Regarding enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF), the bft gene was observed in 21% of healthy controls and 32% of patients with CRC, with 8% of healthy controls and 13% of patients with CRC colonized by both pks+ bacteria and ETBF. Providing personalized dietary and medicinal treatments to control the growth of these bacteria is necessary because these healthy individuals are more likely to develop CRC. The effect of prebiotic supplementation on the genotoxicity of colibactin-producing E. coli strains was investigated in a cellular model. Inulin and galactooligosaccharide increased the expression of the colibactin A gene in pks+ E. coli, which was abrogated by the addition of 125 µM of iron sulfate. E. coli strain NC101 (EcNC101) increased dysplasia and DSBs breaks in human adenocarcinoma Caco-2 cells, in the presence of both inulin and galactooligosaccharide. Our findings indicate that oligosaccharides aggravate DNA damage caused by colibactin-producing bacteria. 4 Given the increasing popularity and accessibility of prebiotic supplementation, more studies are required to determine how these prebiotics may regulate tumor development and progression in animal models and humans in the presence of pks+ E. coli colonization. Inulin has protective and tumor-promoting effects on CRC; these discrepancies may be attributed to the presence of pks+ E. coli. Using the ApcMin/+ mouse model of CRC, we explored whether colibactin-producing E. coli altered the protection conferred by inulin against tumor development and progression. Inulin supplementation increased EcNC101 colonization, resulting in more DSBs, tumor burden, and tumor progression in ApcMin/+ mice, in a colibactin dependant manner. Pasteurized E. coli Nissle 1917 inhibited tumor growth by reversing inulin-driven EcNC101 proliferation. Our findings emphasized the need to screen patients for pks+ bacteria and provide them with preventive dietary counseling. In summary, we reported that prebiotics, probiotics, and postbiotics could influence pks+ E. coli growth, colibactin secretion, or both. Therefore, the significance of this project lies in providing personalized nutritional-based therapy based on the findings for individuals colonized by these bacteria, who are more prone to develop CRC.

Inflammatory bowel disease (IBD), comprises Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), and is a chronic relapsing inflammation of gastrointestinal tract without any known cause or cure. Currently, it is accepted that IBD is a result of a dysfunctional immune response to commensal bacteria in a genetically susceptible host, and that environmental factors can trigger the onset or reactivation of the disease. This thesis considers the possibility of a specific pathogenic agent as well as an imbalance in the composition of the normal microflora in the pathogenesis of IBD. Gut biopsy tissues were taken from a population-based case-control tissue bank held at the University of Manitoba. Automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) and terminal restriction fragment length polymorphisms (T-RFLP) were employed to assess the diversity of gut microbiota. The phylogenetic, virulence and biochemical characteristics of Escherichia coli isolated from IBD biopsies were examined using multi-locus sequence typing (MLST), DNA microarray technology and API 20E system. Utilizing ARISA and T-RFLP, a remarkable increase in the order of unclassified Clostridia was detected in inflamed tissues, particularly in CD patients (P < 0.05). Moreover, species richness and diversity were the highest in non-inflamed IBD biopsies. Culture-based quantification detected a significantly higher number of E. coli in IBD tissues (P < 0.05). Phylogenetic analysis revealed the tendency of E. coli isolated from IBD patients to be grouped into separate clonal clusters based on their allelic profiles (P = 0.02). A link was detected between uropathogenic E. coli (UPEC) CFT073 and strains isolated from IBD, with regards to gene distribution and virulence, using microarray technology. Amino acid substitutions N91S and S99N in FimH, the adhesive subunit of E. coli type I fimbria, were significantly associated to IBD (P < 0.05). This study demonstrated an increase in the microbial diversity of non-inflamed IBD tissues and suggested a recruitment phase of bacterial adherence and colonization, before the inflammation sets in. Furthermore, E. coli isolated from IBD tissues were distinct from commensal strains in both clonal and virulence characteristics and shared remarkable traits with extraintestinal pathogenic E. coli. Features involved in bacterial adhesion to epithelial cells may hold the key to E. coli pathogenesis in IBD.

Inflammatory bowel disease (IBD), comprises Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), and is a chronic relapsing inflammation of gastrointestinal tract without any known cause or cure. Currently, it is accepted that IBD is a result of a dysfunctional immune response to commensal bacteria in a genetically susceptible host, and that environmental factors can trigger the onset or reactivation of the disease. This thesis considers the possibility of a specific pathogenic agent as well as an imbalance in the composition of the normal microflora in the pathogenesis of IBD. Gut biopsy tissues were taken from a population-based case-control tissue bank held at the University of Manitoba. Automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) and terminal restriction fragment length polymorphisms (T-RFLP) were employed to assess the diversity of gut microbiota. The phylogenetic, virulence and biochemical characteristics of Escherichia coli isolated from IBD biopsies were examined using multi-locus sequence typing (MLST), DNA microarray technology and API 20E system. Utilizing ARISA and T-RFLP, a remarkable increase in the order of unclassified Clostridia was detected in inflamed tissues, particularly in CD patients (P < 0.05). Moreover, species richness and diversity were the highest in non-inflamed IBD biopsies. Culture-based quantification detected a significantly higher number of E. coli in IBD tissues (P < 0.05). Phylogenetic analysis revealed the tendency of E. coli isolated from IBD patients to be grouped into separate clonal clusters based on their allelic profiles (P = 0.02). A link was detected between uropathogenic E. coli (UPEC) CFT073 and strains isolated from IBD, with regards to gene distribution and virulence, using microarray technology. Amino acid substitutions N91S and S99N in FimH, the adhesive subunit of E. coli type I fimbria, were significantly associated to IBD (P < 0.05). This study demonstrated an increase in the microbial diversity of non-inflamed IBD tissues and suggested a recruitment phase of bacterial adherence and colonization, before the inflammation sets in. Furthermore, E. coli isolated from IBD tissues were distinct from commensal strains in both clonal and virulence characteristics and shared remarkable traits with extraintestinal pathogenic E. coli. Features involved in bacterial adhesion to epithelial cells may hold the key to E. coli pathogenesis in IBD.

Einleitung: Das Probiotikum E. coli Nissle 1917 (EcN) wird seit einigen Jahren erfolgreich in der Behandlung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen angewendet, der zugrunde liegende Wirkmechanismus ist jedoch nur unzureichend geklärt. T-Zellen spielen in der intestinalen Immunhomöostase und der Pathogenese von CED eine zentrale Rolle. Ziel: Den Einfluss von EcN auf humane T-Zellen weitergehend zu charakterisieren. Methoden: CD3-stimulierte periphere und Lamina propria T-Zellen wurden mit verschiedenen Konzentrationen eines E. coli Nissle 1917 konditionierten Mediums (EcN-CM) oder aber hitzeinaktivierten E. coli Nissle 1917 (hi-EcN) kultiviert. Die Expression von zellzyklus- und apoptoseassoziierten Regulationsproteinen sowie DNA-Gehalt, Zellzykluskinetik, Apoptoserate und Zellexpansion wurden durchflusszytometrisch und im Western Blot bestimmt. Die Sekretion von Cytokinen wurde mit dem Cytometric Bead Assay bestimmt. Ergebnisse: EcN-CM, nicht aber hitzeinaktivierte E. coli Nissle 1917 hemmt die Zellzyklusprogression und die Expansion von stimulierten, humanen peripheren T-Zellen. Ursächlich hierfür ist eine verminderte Expression der Cykline A, B1, D2 und E mit einer konsekutiv verminderten Phosphorylierung des Retinoblastomaproteins. Periphere T-Zellen sezernieren unter EcN-CM vermindert IL-2, IFN-gamma und TNF-alpha, während die Sekretion des antiinflammatorischen IL-10 durch EcN-CM heraufreguliert wird. Im Gegensatz zur potenten Beeinflussung des Zellzyklus, wurde die Apoptose von PBT durch E. coli Nissle 1917 nicht moduliert. Während periphere T-Zellen durch EcN-CM in ihrer Zellzyklusprogression und Expansion gehemmt wurden, zeigte sich kein derartiger Effekt auf ortständige Lamina propria T-Lymphozyten. Diskussion: Bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen kommt es zu einer Rekrutierung und Aktivierung von peripheren T-Zellen in die intestinale Mukosa. Durch die differenzielle Beeinflussung des Immunsystems, bei der aktivierte periphere T-Zellen inhibiert, die ortsständigen T-Zellen jedoch in ihrer Funktion nicht gestört werden, könnte E. coli Nissle 1917 dazu beitragen, die mukosale Entzündungsreaktion zu limitieren, während die intestinale Immunhomöostase gewahrt bleibt. Als wirksames Agens kommen kleine, hitzestabile bakterielle Produkte wie Lipopolysaccharide, bakterielle Lipoproteine, CPG-DNA, Lipoteichonsäuren und Peptidoglykane in Frage. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern weitere Hinweise, dass Probiotika einen breiten Einfluss auf das humane Immunsystem haben und decken zugrundeliegende Mechanismen auf. / Introduction: Although probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917 (EcN) has been proven to be efficacious for the treatment of inflammatory bowel diseases, the underlying mechanisms of action still remain elusive. T cells play a major role in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Aims: To analyze the effects of E. coli Nissle 1917 on cell cycling and apoptosis of peripheral blood and lamina propria T cells. Methods: Anti-CD3-stimulated peripheral or lamina propria T cells were treated with E. coli Nissle 1917-conditioned medium (EcN-CM) or heat-inactivated E. coli Nissle 1917. Expression of cell cycle or apoptosis related proteins was determined by immunoblotting, DNA content, cell cycle kinetics, cell expansion and apoptosis were measured by flow cytometry. Cytokine levels in culture supernatants were assessed by cytometrc bead array. Results: EcN-CM but not heat-inactivated EcN inhibits cell cycling and expansion of peripheral T cells. EcN-CM decreases expression of Cyclin A, B1, D2 and E and thus reduces phosphorylation of retinoblastomaprotein in CD3-stimulated peripheral T cells. Further, secretion of proinflammatory cytokines IL-2, IFN-gamma and TNF-alpha is reduced while antiinflammatory IL-10 is increased under treatment with EcN-CM. In contrast to peripheral T cells, expansion and cell cycle progression of lamina propria T cells was not affected by EcN-CM. Apoptosis of was not modulated by EcN-CM. Discussion: The differential reaction of circulating and tissue-bound T cells towards E. coli Nissle 1917 may explain the beneficial effect of EcN in intestinal inflammation. EcN may downregulate the expansion of newly recruited T cells into the mucosa and thus limit intestinal inflammation, while already activated tissue-bound T cells may eliminate deleterious antigens in order to maintain immunological homeostasis. Possible agents, for which immunomodulatory effects are known, include heat-stable bacterial products like lipopolysaccharids, bacterial lipoproteins or bacterial DNA-motifs.

The use of probiotics has emerged in the last decades as a promising strategy when it comes to the treatment of inflammatory diseases. Through modulation of composition of the intestinal microbiota and the signalling it provides, probiotics can favourably tune the immune system. Beneficial effects of probiotic treatment have been documented in multiple animal inflammatory disease models. The effect of probiotic treatment on uveitis-a sight- threatening disease-has however not yet been described. In our study, we have tested two commercially available probiotics-Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) and Escherichia coli O83:K24:H31 (EcO)-in the treatment of experimental autoimmune uveitis (EAU). The disease severity was assessed by ophthalmoscopy and histology, proportions of leukocyte populations and intracellular expression of cytokines were evaluated by flow cytometry and the gut immune environment was analysed by tissue culture and ELISA. We found that prophylactic and early oral treatment with EcN reduces the severity of EAU. However, EcO treatment does not. The effects were accompanied by immune changes including a lowered production of inflammatory cytokines in Peyer's patches, a shift in macrophage populations in ileum and mesenteric lymph nodes or a reduced IRBP-specific response of CD4+ T...