Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009

Universiẗat, Diss., 2001--Gießen.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009

München, Techn. Univ., Diss., 2004. / Enth. 2 Sonderabdr. aus: The Journal of Biological Chemistry ; 41. 2003 und: The Journal of Clinical Investigation ; 10. 2004

Freie Universiẗat, Diss., 2004--Berlin. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format. Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004.

EINLEITUNG: Die frühzeitige Erregeridentifikation bei Sepsis-Patienten ist essentiell zur Therapieoptimierung und Senkung der Letalität. Molekularbiologische Detektionsmethoden mit direktem Nachweis bakterieller oder fungaler DNA aus Vollblut stellen einen vielversprechenden Ansatz dar, mit kürzerer Zeitdauer bis zum Resultat und potentiell erhöhter Sensitivität. Beim Vergleich dieser PCR-basierten, kulturunabhängigen Verfahren mit der konventionellen Blutkultur muss streng zwischen antibiotisch vorbehandelten und antibiotisch nicht vorbehandelten Patienten unterschieden werden. METHODIK: Bei Patienten, die sich von Mai 2010 bis Dezember 2011 mit V.a. Sepsis im Zentrum für Innere Medizin einer Universitätsklinik vorstellten, wurden im Rahmen der IMPACT Sepsis Studie zusätzlich zum routinemäßigen Vorgehen 2 x 5 ml EDTA Blut für die VYOO®-PCR entnommen. In der vorliegenden Arbeit wurden die Erregernachweise der PCR mit den Ergebnissen der Blutkultur für alle antibiotisch nicht vorbehandelten Patienten hinsichtlich Detektionsrate, Time to Result und Plausibilität verglichen. Außerdem wurde die antibiotische Therapie dieser Patienten analysiert und potentielle Therapieoptimierungen durch die PCR-Ergebnisse evaluiert. ERGEBNISSE: 126 der 200 in die IMPACT Sepsis Studie eingeschlossenen Patienten waren nicht antibiotisch vorbehandelt. Ihr Durchschnittsalter betrug 66,0 ± 16,4 (MW ± SD) Jahre, der Anteil männlicher Patienten 60% und der Anteil immunsupprimierter Patienten 33%. Die durchschnittliche Krankenhaus-Liegedauer lag bei 11,9 ± 10,5 (MW ± SD) Tagen, der Anteil der Patienten mit schwerer Sepsis oder septischem Schock bei 47% und die Letalitätsrate bei 9,7%. Die durchschnittliche Latenzzeit bis zur ersten Antibiotika-Gabe betrug 4,13 ± 6,75 (MW ± SD) h bei einem Median von 2,16 h. Insgesamt wurden 26 Erreger identifiziert. In 6 Fällen wurde der Erreger von beiden Methoden identifiziert, in 15 nur von der Blutkultur und in 5 nur von der PCR. Die Detektionsraten betrugen 8,7% für die PCR und 16,7% für die Blutkultur (Fisher-Yates-Test; p=0,087; korrigiertes p=1). Die Zeitdauer bis zum Erregerresultat war bei der PCR signifikant kürzer (8,0h bzw. 40,0h; korrigiertes p<0,001). Die PCR versagte vor allem beim Nachweis von Streptokokken, während die Blutkultur mehrere, teilweise gramnegative Problemkeime nicht erfasste. Bei mindestens 4% aller Patienten, 9% der Patienten mit schweren Verlaufsformen und 45% der Patienten mit positivem PCR-Resultat hätte eine Berücksichtigung des PCR-Ergebnisses höchstwahrscheinlich zu einer Therapieoptimierung beigetragen. SCHLUSSFOLGERUNG: Die beiden untersuchten Verfahren zur Erregerdiagnostik unterschieden sich hinsichtlich der Detektionsrate nicht signifikant, eine diagnostische Überlegenheit der VYOO®-PCR gegenüber der Blutkultur konnte also nicht festgestellt werden. Als komplementäres Verfahren zusätzlich zur Blutkultur bei ausgewählten Patientengruppen eingesetzt, kann durch die PCR eine Verbesserung des therapeutischen Managements von Sepsis-Patienten erzielt werden. / Timely pathogen identification in septic patients is essential to optimize antibiotic therapy and reduce mortality. We analyzed detection rate and potential impact of the VYOO-PCR, a commercially available multiplex PCR system and compared the results with the results of blood cultures in septic patients who had no antibiotic pretreatment at a university hospital from May 2010 until December 2011. Of 126 blood samples from patients with suspected sepsis, overall 26 pathogens were detected. 6 pathogens were concordant detected by both methods, 15 by blood culture only and 5 by PCR only. Detection rates for PCR and blood culture were 8,7% and 16,7% respectively (not significant). In 4% of all patients and in 9% of patients with severe sepsis or septic shock the result of PCR would have led to an improvement of antibiotic therapy. Thus the clinical management of septic patients can be enhanced by adding a PCR-based detection method to standard blood cultures.

Plants are constantly attacked by pathogenic microbes. As a result, they have evolved a plethora of constitutive and inducible defense responses to defend against attempted pathogen infection. Although volatile organic compounds have been implicated in plant defense, direct evidence of their function in plant resistance is still lacking. I have examined the role of VOCs in Arabidopsis defense against the hemibiotrophic bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. maculicola. The obtained results show that the vegetative parts of Arabidopsis produces and emits the volatile phenylpropanoid MeSA and three kinds of terpenoids, (E,E)-4,8,12-trimethyltrideca-1,3,7,11-tetraene (TMTT), alpha-ionon and beta-farnesen, upon avirulent and virulent P. syringae inoculation. Whereas the most abundant volatiles, MeSA and TMTT, are already produced at early stages of infection in the compatible and incompatible interaction, enhanced emission of alpha-ionon and beta-farnesen can only be detected in later stages of the compatible interaction. It was revealed that pathogen-induced synthesis of TMTT in Arabidopsis requires the JA signaling pathway but occurs independently of SA defense signaling. Similarly, the production of MeSA is dependent on JA signaling but not on the SA defense signaling pathway. Furthermore, production of MeSA is dependent on the function of ISOCHORISMATE SYNTHASE1, which produces its precursor SA. Upon inoculation with avirulent P. syringae, endogenously produced JA activates the JA signalling pathway to mediate MeSA and TMTT synthesis. By contrast, in the compatible Arabidopsis-Psm interaction, production of MeSA predominantly depends on the P. syringea the virulence factor coronatine, which activates JA downstream signaling. To learn more about the role of inducible VOCs in plant defense responses, I have identified an Arabidopsis T-DNA insertions line with a defect in the TERPENE SYNTHASE4 (TPS4) gene. Emission profiles from this mutant revealed that the induced production of TMTT but not of alpha-ionone, beta-farnesene or MeSA are abolished, demonstrating that TPS4 specifically regulates the P. syringae-induced synthesis of TMTT in Arabidopsis. The lack of TMTT in tps4 mutants, however, does not affect plant defense responses and resistance induction against P. syringae. This excludes a role of the terpenoid as an effective phytoalexin in Arabidopsis leaves against the bacterial pathogen. Moreover, tps4 mutant plants are still able to mount a SAR response, excluding a signaling function of TMTT during SAR. An important aim of our studies was to address the defensive role of MeSA, the major VOC emitted from P. syringae-inoculated Arabidopsis leaves. MeSA has been recently proposed as a critical long distance signal in the development of SAR. I found that two independent T-DNA insertions lines with defects in expression of the pathogen-inducible SA methyl transferase gene BSMT1 are completely devoid of pathogen-induced production of MeSA. However, bsmt1 mutant plants are capable to increase the level of SA in systemic, non-infected leaves of Arabodopsis and develop SAR like wild-type plants upon local P. syringae-inoculation. Thus, MeSA does not function as a critical SAR signal in Arabidopsis. Further experiments showed that SA accumulation in distant leaves occurs due to de novo synthesis through isochorismate synthase. In addition, we also ruled out a critical defensive role of MeSA at inoculation sites, because bsmt1 mutants are able to build up SA-dependent defense responses and local resistance in a wild-type-like manner. The conversion of SA to MeSA and subsequently emission of MeSA from the plant might help the plant to detoxify an excess of SA. This process is regulated by the JA pathway and might be one means to mediate negative crosstalk between JA and SA signaling. Moreover, the COR-triggered conversion of SA to MeSA and emission of the volatile methyl ester could be a way by which virulent P. syringae is able to attenuate the SA-defense pathway. / Pflanzen sind einer ständigen Bedrohung durch phytopathogene Mikroorganismen ausgesetzt und haben deshalb eine Vielzahl von konstitutiven und induzierbaren Abwehrstrategien entwickelt. Die Phytohormone Salicylsäure (SA), Jasmonsäure (JA) und Ethylen sind zum Beispiel entscheidende Regulatoren von induzierten Abwehrmechanismen. Eine Antwort der Pflanze auf mikrobielle Angriffe beinhaltet auch die Emission volatiler organischer Verbindungen (volatile organic compounds - VOCs). Antimikrobielle Wirkungen von VOCs wurden bisher jedoch nur in in-vitro-Assay beobachtet. Ein direkter Beweis für eine mögliche Rolle der VOCs in der Pflanzenabwehr wurde bisher nicht erbracht. Die Rolle pflanzlicher VOCs und deren Bedeutung für die Pathogenabwehr im Modellsystems Arabidopsis thaliana – Pseudomonas syringae ist das zentrale Element dieser Arbeit. Zunächst wurden Terpenoide, die die größte Gruppe der VOCs bilden, untersucht. Vegetative Teile von Arabidopsis emittieren nach Inokulation mit virulenten und avirulenten Stämmen von P. syringae pv. maculicola (Psm) vor allem drei Terpene: das Homoterpen (E,E)-4,8,12-Trimethyl-1,3,7,11-tridecatetraen (TMTT), alpha-Ionon und beta-Farnesen, welches zur Gruppe der Sesquiterpene gehört. Als Hauptkomponente des pathogen-induzierten VOC-Profils wurde das Phenylpropansäurederivat Methylsalicylsäure (MeSA) identifiziert. Um einen besseren Einblick in die Rolle der VOCs in der Pflanzenabwehr zu erhalten, wurden Arabidopsis T-DNA-Insertionslinien des Terpensynthase-gens TPS4 isoliert. Die Emissionsmuster zeigten, dass die induzierbare Freisetzung von TMTT, aber nicht von alpha-Ionon und beta-Farnesen oder MeSA reduziert war. Dies zeigt, dass TPS4 spezifisch die Psm-induzierte TMTT-Synthese in A. thaliana reguliert. Die verringerte Menge TMTT in den tps4-Mutanten hat jedoch keinen Einfluss auf die pflanzlichen Abwehrreaktionen und die Resistenzinduktion gegen P. syringae, was eine Rolle von TMTT als effektives Phytoalexin in A. thaliana gegen bakterielle Pathogene ausschließt. Ebenso hat TMTT keine Signalfunktion bei der Ausbildung der Systemisch erworbenen Resistenz (SAR), da tps4-Mutanten weiterhin in der Lage sind eine SAR-Antwort zu induzieren (Attaran et al. 2008). Als weiteres Teilprojekt wurde die Regulation von pathogen-induzierten VOCs in A. thaliana untersucht. Viele induzierte Abwehrmechanismen beinhalten Signaltransduktionsnetzwerke an denen Salicyl- oder Jasmonsäure beteiligt sind. Mit A. thaliana-Mutanten, die in der SA- oder JA- Synthese oder den jeweiligen Signalwegen beeinträchtigt sind, konnte gezeigt werden, dass die pathogen-induzierte TMTT-Produktion in A. thaliana über den JA-Signalweg, aber unabhängig von Salicylsäure verläuft. Auch die MeSA-Produktion ist JA-abhängig. Für die Biosynthese von SA, genauso wie für deren Derivat MeSA, wird ISOCHORISMAT SYNTHASE1 benötigt, die den MeSA-Vorläufer SA bildet. Im Rahmen einer inkompatiblen Interaktion wird die Bildung von MeSA in Abhängigkeit von der JA-Biosynthese gesteuert. Im Gegensatz dazu ist in der kompatiblen Interaktion die MeSA-Produktion vom bakteriellen Virulenzfaktor Coronatin abhängig. Coronatin-defiziente Stämme von P. syringae sind nicht fähig, eine MeSA-Emission zu induzieren (Attaran et al., 2009). Desweiteren wurde in der vorliegenden Arbeit die Rolle von MeSA in der Pflanzenabwehr untersucht. MeSA ist das VOC, welches von P. syringae-inokulierten A. thaliana-Blättern vorwiegend abgegeben wird. Kürzlich wurde für MeSA eine Signaleigenschaft als Langstreckensignal in der Etablierung der SAR postuliert (Park et al., 2007). Wir konnten zeigen, dass T-DNA Insertionslinien, bei denen keine Expression der pathogeninduzierten SA-Methyltransferase BSMT1 nachgewiesen werden konnte und die somit keine pathogen-induzierte MeSA-Produktion aufwiesen, auch in systemischen, nicht infizierten Blättern nach P. syringae-Inokulation einen erhöhten SA-Spiegel, eine verstärte Expression von Abwehrgenen und eine erhöhte Pathogenresistenz aufwiesen. Diese Mutantenlinien können also die SAR genauso und in demselben Maß wie Wildtyp-Pflanzen entwickeln. Damit konnte gezeigt werden, dass MeSA nicht als zentrales Signal für die Ausbildung der SAR in Arabidopsis wirken kann. Weitere Experimente machten deutlich, dass die SA-Akkumulation in distalen Blättern auf eine de-novo-Synthese durch die Isochorismat-Synthase zurückzuführen ist. Schließlich konnte auch eine wichtige Rolle von MeSA in der Pflanzenabwehr an den Infektionsstellen ausgeschlossen werden, da bsmt1-Mutanten SA-abhängige Abwehrreaktionen und lokale Resistenzantworten in gleicher Weise wie Wildtyp-Pflanzen zeigen (Attaran et al., 2009). Produktion und anschließende Emission von MeSA könnte daher in der Pflanze dazu beitragen, einen toxischen Überschuss an SA abzubauen. Reguliert wird dieser Prozess durch den JA-Signalweg, der dadurch einen negativen Einfluss auf den SAHaushalt der Pflanze innehat. Die Auslösung der MeSA-Produktion von dem bakteriellen Virulenzfaktor COR in der kompatiblen Wechselwirkung könnte eine Strategie von P. syringae sein, die Effizienz der SA-basierenden Abwehr zu verzögern.

Untersucht wurde die Performance des Vitek MS-Systems anhand eines Keimspektrums von 1357 Isolaten im Zeitraum von Oktober 2011 bis April 2014. Das untersuchte Kollektiv bestand aus Isolaten der mikrobiologischen Routinediagnostik (n=1173), aus Stammsammlungen des Nationalen Referenzzentrum für Meningokokken und Haemophilus influenzae (n=128), sowie offizieller Stammsammlungen wie ATCC, DSMZ, LSM und anderen (n=56). Die Ergebnisse wurden entweder mit einer bereits vorhandenen Stammbezeichnung oder durch eine bzw. Kombinationen mehrerer molekularbiologischer (PCR der Teilabschnitte von Haushaltsgenen: 16S-rRNA-Untereinheit, sodA, recA) oder biochemischen Differenzierungsmethoden (Vitek 2, API-Systeme) verglichen. Mangels Referenzergebnisses wurden 25 Isolate (etwa 1,8%) aus der weiteren Betrachtung ausgeschlossen. Die verbliebenen 1332 Isolate wurden in 28 Bakterienordnungen, 109 Genera und 269 Spezies unterteilt. Auf Speziesebene konnten 1180 (etwa 88,6%) zum Vergleich herangezogen werden, da durch die Referenzmethoden nicht immer eine zuverlässige Speziesdifferenzierung gelang. Diese Referenzergebnisse wurden mit den Ergebnissen des Vitek MS-Systems verglichen. Eine Übereinstimmung zeigte sich auf Genusebene bei 86% (1157 von 1332 Isolaten) und auf Speziesebene bei 80% (944 von 1180 speziesdifferenzierten Keimen) der ausgewählten Stämme. Im Vergleich der Korrelationen der Vitek MS-Identifikationen und den Referenzergebnissen zeigte sich eine durchgehend gute Korrelation innerhalb der unterteilten Bakterienordnungen. Davon abweichend war die Speziesdifferenzierung von Keimen der Ordnung Enterobacteriales. Die beste Korrelation erreichte die Ordnung Clostridiales. Stämme ohne entsprechendes, dokumentiertes Korrelat in der Vitek MS-Datenbank (n=62) wurden ebenfalls in die Betrachtung mit eingeschlossen. Bei 31 Isolaten konnte kein Ergebnis ermittelt werden, 21 wurden massenspektrometrisch dem gleichen Genus zugeordnet, 10 Genusdifferenzierungen wichen ab. 315 Stämme wurden sowohl im Standardverfahren durch Konjugation von 1µl Ready-to-use Matrix als auch mit einem zweistufigen Säureextraktions- und Matrixkonjugationsverfahren gemessen und mit der solitären Konjugation der doppelten Matrixmenge verglichen. Die Abweichungen auf Genus- wie Speziesebene zwischen dem angewandten Standardprotokoll und den beiden anderen Verfahren waren deutlich signifikant. Im Vergleich der zweifachen Matrixmenge und dem zweistufigen Verfahren zeigte sich kein signifikanter Unterschied. Aufgrund der Ergebnisse scheint jedoch die Säureextraktion Gram-positiver Kokken in der Genusdifferenzierung von Vorteil zu sein, sie erreichte jedoch kein ausreichendes Signifikanzniveau. Die Daten sprechen eher dafür, eine Optimierung des Probe-Matrix-Verhältnisses anzustreben, zum Beispiel im Rahmen eines ausgedehnten Anwendertrainings. / Mass spectrimetric identification of bacteria by Vitek MS Routine lab System (IVD)

Freie Universiẗat, Diss.--Berlin, 2000.

Techn. University, Habil.-Schr., 2006--München.