Legionellen sind stäbchenförmige Bakterien, die in nennenswerten Konzentrationen und als Krankheitserreger vorrangig in technischen Systemen in Erscheinung treten. Ziel dieser Arbeit ist es, die bisher erschienene Literatur sowohl aus dem mikrobiologisch-hygienischen Bereich als auch aus dem technischen Bereich zu sichten, zu vergleichen und auf dieser Basis, unter Berücksichtigung der ökonomischen Konsequenzen an dem konkreten Beispiel des Carl-Thiem-Klinikum Cottbus, ein sinnvolles Konzept zur Legionellenprävention vorzuschlagen. Das Konzept ist so aufgebaut, daß es durch Betrachtung verschiedener Risikobereiche leicht auf andere Pflegeeinrichtungen oder auch Wohnanlagen bzw. Industriebetriebe übertragbar ist. Regelmäßige Messungen werden von verschiedenen Arbeitsgruppen alternativ oder zusätzlich zu Präventionsmaßnahmen gefordert. In dieser Arbeit werden jährliche Messungen in jedem Kollektor zur Beurteilung des Gesamtsystems, 1/2-jährliche Kontrollen in den Gebäuden, in denen sich Pflegestationen befinden, und 1/4-jährliche Kontrollen in Bereichen mit hohem Risiko, wie zum Beispiel den Isolierzimmern der Hämatologie, empfohlen. Die tolerierten Grenzwerte variieren entsprechend des Riskobereiches, in dem sie auftreten. Das in dieser Arbeit am Beispiel des Carl-Thiem-Klinikum Cottbus dargestellte Präventionskonzept beruht im wesentlichen auf regelmäßigen Kontrollen und sieht die Durchführung einer differenziert angewandten Präventionsmaßnahme nur bei nachgewiesener erhöhter Belastung des Systems durch Legionellen vor. Hier hat sich die Dezentralisierung des Warmwassersystems mit Hilfe dezentral installierter Plattenwärmetauscher in das zentrale Heiznetz als die wirtschaftlichste der hygienisch sinnvollen Maßnahmen herausgestellt. Aber auch diese Art der Prävention entbindet nicht von den weiterhin durchzuführenden Kontrollmessungen - mindestens zur Qualitätssicherung. Insgesamt bleibt jedoch jede Festlegung von Grenzwerten, jede Anwendung einer Präventionsmaßnahme immer ein Kompromiß zwischen dem technisch Machbaren und dem ökonomisch Realisierbaren. Große Studien, die hierzu detailliertere Auskunft geben könnten fehlen bis heute, so daß auch weiterhin jeder Betreiber einer Warmwasseranlage seine eigenen Festlegungen treffen muß. / Legionella is a rod-shaped bacteria, that occur with priority in considerable numerus aswell as pathogens concentration in technical systems. Target of this work is to sight the literature appeared so far both from the micro-biological-hygenic area and from the technical area to compare and on this base to suggest with consideration of the economic consequences by the concrete example Carl Thiem clinical center (Cottbus), a meaningful concept to the Legionella - prevention. The concept is structured by view of different risk areas and therefor easily portable to other nursing facilities or also housing estates and industrial companies. Regular measurements are required by different working groups alternatively or additionally to prevention measures. Recommended in this work are annual measurements in each central warmwater line for the evaluation of the total system, 1/2-annual checks in the buildingswith maintenance stations, and 1/4-annual checks within areas with high risk, like for example, the isolating rooms of the Haematology. The tolerated limit values vary according to the risk-area, in which they occur. The prevention concept put up for Carl Thiem clinical center (Cottbus) has been based essentially on regular checks and more detailed means of prevention for areas with proven increased numbers of Legionella. Here the decentralization of the warm-water system by means of peripherally installed plate-type heat exchanger fed by the central heating network has prooven to be the most economical and aswell hygenically meaningful measure. Never the less, this concept of prevention does not relieve of the regularly check on Legionella - at least for quality assurance. Altogether however each definition of Legionella limit values as well as each prevention concept always is a compromise between the technically feasible means and the economically realizable ones. Large studies, to gain more information on this problem are missing until today, so that further on each operator of a warm water system must find his own definitions out of the broad possibilities of regulations.

Legionella pneumophila ist ein Gram-negatives, ubiqitär verbreitetes Proteobakterium, das als Auslöser der Legionärskrankheit gilt. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass Serin eine wichtige Kohlenstoffquelle für Aminosäuren darstellt und dass L. pneumophila für die Aminosäuren Isoleucin, Leucin, Phenylalanin, Tyrosin, Histidin, Prolin und Valin auxotroph ist. Innerhalb der Replikationsvakuole greift L. pneumophila auf Aminosäuren des Wirts zurück und inkorporiert diese in Proteine. Die untersuchte Spezies besitzt die Fähigkeit zur de novo-Biosynthese von Serin. Die vorliegende Arbeit zeigt zudem erstmals, dass Glukose für die Biosynthese von Aminosäuren sowie Polyhydroxybutyrat (PHB) verwendet wird. Der Entner-Doudoroff-Weg (EDW) kann als Haupt-Katabolismusroute von Glukose identifiziert werden. Ein Deletionsstamm des EDW zeigt gegenüber dem Wildtypstamm in nährstoffarmer Umgebung deutlich verminderte Fitness nach erfolgreicher Replikation innerhalb A. castellanii. Die Glukoamylase GamA wird in dieser Arbeit erstmals als verantwortliches Enzym für die Stärke- und Glykogenhydrolyse von L. pneumophila charakterisiert. Der putative Transkriptionsaktivator YozG bindet sowohl im 5’-DNA-Bereich von gamA als auch im eigenen putativen Promotorbereich und reguliert die Hydrolyseaktivität von GamA. Es werden zudem Argumente für die Hypothese erbracht, dass YozG auch als cis-aktives Element fungiert. Die Biosynthese von Polyhydroxybutyrat (PHB) aus Glukose findet während des spät-exponentiellen Wachstums statt und steigert sich in der stationären Phase. Eine verminderte PHB-Menge im EDW-Deletionsstamm wird als Erklärung für die verminderte Fitness in nährstoffarmer Umgebung diskutiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass L. pneumophila neben Aminosäuren auch Glukose sowie die natürlich vorkommenden Glukosepolymere Glykogen und Stärke als Kohlenstoffquellen zur Biosynthese von Aminosäuren und PHB nutzt und dass diese Synthese zur Fitness der Spezies beiträgt. / Legionella pneumophila is a Gram-negative proteobacterium causing Legionnaires’ disease. The results of this study confirm that serine is a carbon source for amino acids and that L. pneumophila is auxotrophic for the amino acids isoleucine, leucine, phenylalanine, tyrosine, histidine, proline, and valine. L. pneumophila uses amino acids of the host cells to incorporate them into proteins. Serine is synthesized de novo. Furthermore, this work demonstrates for the first time that glucose is used for the biosynthesis of amino acids and polyhydroxybutyrate (PHB). The Entner-Doudoroff pathway is identified as the predominant pathway for the catabolism of glucose. In a nutrient-depleted environment, after replication has taken place in A. castellanii, a deletion strain of the Entner-Doudoroff pathway exhibits strongly reduced fitness as compared to the wildtype. The glucoamylase GamA is characterized as the enzyme responsible for the starch and glycogen degrading activity of L. pneumophila for the first time. The putative transcription activator YozG binds to the 5’ region of gamA as well as to his own putative promoter region and regulates GamA activity. Furthermore, arguments are provided to support the hypothesis that YozG also acts as a cis-active element. The biosynthesis of polyhydroxybutyrate (PHB) from glucose starts in the late exponential phase and increases in the stationary growth phase. As an explanation for reduced fitness of the Entner-Doudoroff deletion strain in nutrient-depleted environment, a reduced amount of PHB is proposed. The results of this work prove that L. pneumophila uses not only amino acids but also glucose and the natural glucose polymers starch and glycogen as carbon sources for the biosynthesis of amino acids and PHB and that thereby the fitness of the species is increased.

Im Fokus dieser Arbeit stand die Analyse von Faktoren, die den Zusammenbau des Flagellenapparates von Legionella pneumophila (Lp) regulieren. Mit einem kombinierten Replikations-/ Überlebensversuchs mit Lp Corby oder Lp Paris und ihren zugehörigen Regulationsmutanten wurde eine verminderte Fitness für dfliA und erstmals für drpoN, dfleQ defiziente Stämme nachgewiesen. Zur Validierung von Microarray-Daten aus Lp Paris wurden wachstumsphasenabhängige Transkriptions- und Translationsanalysen mit Lp Corby Wildtyp und drpoN, dfleQ, dfliA und dflaA defizienten Stämmen durchgeführt. Es wurde gezeigt, dass die basale Expression von fliA in den späteren Phasen unabhängig von RpoN und FleQ stattfindet. In dieser Arbeit konnte erstmals der Transkriptionsstartpunkt des Hauptregulators FliA bestimmt werden. Es zeigte sich eine putative RpoD (S70) Bindungsstelle. Ein Modell zur Regulation der fliA Expression wurde weiterentwickelt. Demnach kommt es in der exponentiellen Phase durch das Zusammenwirken von RpoD und DksA, aber unabhängig von FleQ, zur basalen fliA Promotoraktivität. Durch den Übergang in die transmissive Phase und direkte oder indirekte Interaktion mit FleQ sowie dem Alarmon ppGpp scheint es zu einem Austausch des Sigmafaktors S70 gegen SS und zu einer Aktivierung der fliA Expression zu kommen. Elektronenmikroskopische Studien zeigten, dass drpoN und dfleQ defiziente Mutanten wahrscheinlich aufgrund des fehlenden Basalkörpers nicht flagelliert sind. Mutanten für dfliA, dflaA und dfliD hatten ebenfalls keine Flagelle, zeigten aber eine ungewöhnliche, gerade Hook Struktur, die den Zusammenbau des Basalkörpers demonstriert. Weiterhin wurden durch in silico Studien 15 Legionella Spezies in Bezug auf das Flagellensystem und ein putatives Chemotaxissystem untersucht. So konnte L. oakridgensis als erste Art ohne beide Systeme sequenziert werden. Andererseits konnten mit LLAP12, L. bozemanii, L. gormanii und L. lytica Stämme beschrieben werden, die beide Systeme tragen. / This work focused on the analysis of factors contributing to the regulation of the flagellum self-assembly of Legionella pneumophila (Lp). With a combined replication/survival assay with Lp Corby or Lp Paris and their corresponding regulatory mutants a reduced fitness could be verified for dfliA and for the first time for drpoN, dfleQ deficient strains. For validation of microarray-data for Lp Paris with strain Lp Corby a growth phase dependent analysis of transcription and translation rates was done with wild-type and the drpoN, dfleQ, dfliA and dflaA deficient strains. A regulation of basal fliA expression independently from RpoN and FleQ was shown in the later growth phases. Furthermore the transcriptional start site of fliA could be shown for the first time. A RpoD (S70) binding site could be identified. According to a further developed model for the regulation of the fliA expression RpoD and DksA lead to a basal fliA promotor activity, independently from FleQ. Most likely, during transition to stationary phase, direct or indirect interaction with FleQ and the alarmone ppGpp results in the exchange of the sigma factor S70 and the binding of RpoS. This leads to the activation of fliA expression. Electron microscopic studies revealed that drpoN and dfleQ deficient mutants are not flagellated caused by the missing basal body. Mutants of dfliA, dflaA and dfliD were also aflagellated, but there was a uncommon straight hook structure visible which demonstrates a filament-independent assembly of the basal body. Furthermore, in silico analysis was done with 15 Legionella species with regard to the flagellum regulation system and a putative chemotaxis system. Analysis revealed that the strain L. oakridgensis is the first strain lacking both systems. On the other hand the strains LLAP12, L. bozemanii, L. gormanii and L. lytica could be characterized as strains carrying both systems.