Kulturunabhängige 16S rRNA Analyse des subgingivalen bakteriellen Biofilms bei der aggressiven Parodontitis und Vergleich mit bekannten Bakterien bzw. Phylotypen, die im Zusammenhang mit der parodontalen Flora nachgewiesen wurde. Putative Pathogene wurden bestimmt. / In this culture independent 16S rRNA study cloning and sequencing was used to analyse gingival samples from a population of 26 persons suffering from aggressive periodontitis and six healthy adult individuals.

Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Eignung bakterieller Hüllproteine als Bindungsmatrix für die Kopplung funktionaler Moleküle mit dem Ziel, sensorische Schichten zu erzeugen. Bakterielle Hüllproteine sind biologische SAMs, anderen Oberfläche sich modifizierbare COOH-, NH2- und OH-Gruppen befinden. Die Ausbildung polymerer Strukturen erfolgt dabei in wässrigen Systemen und auf Oberflächen. Im Zuge der boomenden Entwicklung von Biosensoren werden insbesondere Biotemplate gesucht, die zwischen biologischer Komponente und Sensoroberfläche vermitteln. Bakterielle Hüllproteine stellen eine solche Zwischenschicht dar. Als Anwendungsbeispiel wurden die Proteine daher mit einem FRET-Paar und Thrombin und Kanamycin-Aptameren modifiziert. Hierbei wurden das FRET-Paar H488 und H555 an die bakteriellen Hüllproteine der beiden Haldenisolate A12 und B53 mittels EDC mit einer Modifizierungsrate von 0,54 molFarbstoff/molProtein kovalent gebunden. Bei der vorhandenen p4-Symmetrie bedeutet dies, dass ein FRET-Paar pro Einheitszelle vorhanden war. Der Nachweis eines Energietransfers zwischen den beiden am Protein gebundenen Fluoreszenzfarbstoffen H488 und H555 erfolgte mittels statischer und zeitaufgelöster Fluoreszenzmessung. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Energietransfer nur möglich war, wenn die Proteine in polymerer Form vorlagen, unabhängig davon, ob sich die Proteine immobilisiert an einer Oberfläche oder in wässriger Lösung befanden. Mittels Variieren des Donor-Akzeptor-Verhältnisses konnte ein maximaler Energietransfer von 40 % generiert werden, wenn das Verhältnis der Fluoreszenzfarbstoffe von Donor und Akzeptor 4 betrug. Die Fluoreszenzintensität der Fluorophore wurde durch die Bindung an die Proteine nicht verringert oder gelöscht. Dies legt nahe, dass die Farbstoffe in den hydrophoben Poren immobilisiert wurden und die Poren die Fluoreszenzfarbstoffe schützen. Um weitere Aussagen über die Lage der gebundenen Fluoreszenzfarbstoffe zu erhalten, wurden die bakteriellen Hüllproteine der Stämme A12 und B53 enzymatisch verdaut und die Fragmente mittels SEC und SDS-PAGE untersucht. Dabei zeigten sich je nach Enzym und Protein unterschiedliche Bandenmuster bezüglich modifizierter und nativer Hüllproteine. Dies belegt, dass die Fluoreszenzfarbstoffe an NH2-und COOH-Gruppen der Proteine gebunden wurden und so teilweise den enzymatischen Verdau hinderten. Die SEC deutet an, dass die Fluoreszenzfarbstoffe an verschiedenen Stellen am Protein gebunden wurden. In einem zweiten Beispiel wurde das bakterielle Hüllprotein von A12 mit einem Aptamer modifiziert. Aptamere sind kurze einzelsträngige Oligonukleotide, die u.a. mittels ihrer ausgebildeten 3D-Struktur spezifisch Zielstrukturen reversibel binden können. Die hier verwendeten Aptamere binden spezifisch Thrombin und Kanamycin. Die Aptamere wurden mit Hilfe einer der beiden Vernetzer PMPI oder Sulfo-SMCC an die bakteriellen Hüllproteine kovalent gebunden. Nach dem Modifizieren der Proteine wurden diese auf entsprechenden Sensorchips immobilisiert und die Aktivität des gekoppelten Aptamers mittels Affinitätsmessungen, SPR-Spektroskopie und QCM-D-Messungen analysiert. Die Funktion des gebundenen Thrombinaptamers konnte mittels Affinitätsmessungen und QCM-D nachgewiesen werden und entspricht in beiden Fällen einer Bindung von 2 nmol Thrombin pro Quadratzentimeter. Die Funktionalität des Kanamycinaptamers sollte mittels SPR bestimmt werden, jedoch konnte keine Funktionalität des gekoppelten Kanamycinaptamers nachgewiesen werden. Alle Messungen bestätigten jedoch, dass die Bindungsmatrix aus bakteriellen Hüllproteinen keinerlei oder nur ein sehr geringes Hintergrundsignal liefert. Werden nun beide Komponenten, FRET-Paar und Aptamere, an das Protein gebunden, ist es möglich, eine sensorische Schicht zu erzeugen. Die Zielstruktur, welche detektiert werden soll, wird an das Aptamer gebunden und so in räumliche Nähe zur Sensorfläche gebracht. Stell die Zielstruktur einen Fluoreszenzlöscher dar, so wird der Energietransfer durch die räumliche Nähe des Fluoreszenzlöscher gestört. Die Detektion des Zielmoleküls erfolgt nun über die Änderung von Fluoreszenzintensitäten. Die hier vorgelegte Arbeit soll einen Grundstein legen für die Entwicklung eines solchen Sensors und insbesondere die Detektion eines Energietransfers optimieren und Schwachstellen in der Detektion nachweisen. Die systematische Untersuchung der Fluoreszenzfarbstoffe auf dem Protein ermöglichen es, in zukünftigen Arbeiten einen FRET zweifelsfrei zu detektieren. Die Modifizierung von bakteriellen Hüllproteinen von A12 mit Aptameren und die Detektion der Funktionalität der Aptamere mittels verschiedener Methoden zeigte auf, dass die bakteriellen Hüllproteine als universelle Bindungsmatrix für sensorische Moleküle dienen können, bei denen Affinitätsmessungen, SPR- oder QCM-D-Messungen genutzt werden. Besonders hervorzuheben ist, dass bakterielle Hüllproteine nahezu kein Hintergrundsignal liefern und aufgrund ihrer dünnen Monolage von etwa 6 - 9 nm die Sensitivität der Messungen nur gering beeinträchtigen.

Als "surface-layer" (S-Layer, SL) bezeichnet man die regelmäßig strukturierten Hüllproteinlagen auf der Oberfläche von etwa 80 % aller bisher bekannten Bakterienspezies. Sie entstehen durch Selbstassemblierung von identischen Proteinuntereinheiten, die wiederum zumeist durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit der darunterliegenden Zellwandkomponente verknüpft sind. Trotz ihrer Diversität auf der Ebene der Primärstruktur weisen S-Layer verschiedener Bakterienarten einheitliche physikochemische Merkmale auf. Dazu zählt u.a. die Wiedereinnahme einer hochgradig strukturierten, porösen Proteinschicht nach reversibler Denaturierung. Infolge der Reassemblierung entstehen sowohl in Lösung als auch an Phasengrenzen Proteinassemblate, deren Porenanordnungen die gleiche regelmäßige Symmetrie aufweisen, wie die nativen Hüllproteine auf der Bakterienzelle. Das in seiner Domänenstruktur aufgeklärte Hüllprotein SbsC des mesophilen Bakterienstammes Geobacillus (G.) stearothermophilus ATCC 12980 zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Synthetisierbarkeit in E. coli aus. C-terminale Fusionen, die im Falle des verstärkt grün fluoreszierenden Proteins (EGFP) bis zu 240 Aminosäuren umfassen, führten nicht zu einem Verlust der Selbstassemblierung. Darüber hinaus zeigen in vitro gebildete SbsC-Assemblate eine außergewöhnliche Stabilität gegenüber hohen Ethanolkonzentrationen. Die durch gerichtete Mutagenese erzeugten SbsC-Fusionsproteine SbsC(aa 31-1099)-HspA und SbsC(aa 31-1099)-12His besitzen in assemblierter Form im Vergleich mit dem unmodifizierten Protein eine bis zu zweimal höhere Bindungsaffinität gegenüber Platinionen. In denaturierter Form waren beide Fusionsproteine in der Lage, Nickelionen zu komplexieren. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals ein SL-Protein in einem eukaryontischen Mikroorganismus produziert. Das in der Hefe S. cerevisiae gebildete Fusionsprotein SbsC(aa 31-1099)-EGFP assembliert dabei im Cytosol der Wirtszellen zu röhrenförmigen Assemblaten mit regelmäßiger Symmetrie. Das bisher unbekannte SL-Protein des Stammes G. stearothermophilus DSM 13240 wurde erfolgreich heterolog in E. coli exprimiert. Die Vorläuferform besitzt im Vergleich zum maturen Protein ein 31 aa umfassendes Sekretionssignal am extremen N-Terminus. Sowohl das authentische Protein als auch das heterolog in E. coli exprimierte Vorläuferprotein zeigen eine dem SbsC-Protein vergleichbare Reassemblierungscharakteristik. Im Gegensatz dazu führte die Verkürzung der N-terminalen 30 Aminosäuren des als S13240 bezeichneten Hüllproteins im heterologen System zu einem irreversiblen Verlust der Fähigkeit zur Selbstassemblierung.

No description available.

“Neglected Rickettsiaceae” (i.e. those harboured by non-hematophagous eukaryotic hosts) display greater phylogenetic variability and more widespread dispersal than pathogenic ones; yet, the knowledge about their actual host range and host shift mechanism is scarce. The present work reports the characterization following the full-cycle rRNA approach (SSU rRNA sequence, specific in situ hybridization, and ultrastructure) of a novel rickettsial bacterium, herewith proposed as 'Candidatus Megaira polyxenophila' gen. nov., sp. nov. We found it in association with four different free-living ciliates (Diophrys oligothrix, Euplotes octocarinatus, Paramecium caudatum, and Spirostomum sp., all belonging to Alveolata, Ciliophora); furthermore it was recently observed as intracellular occurring in Carteria cerasiformis and Pleodorina japonica (Chlorophyceae, Chlorophyta). Phylogenetic analyses demonstrated the belonging of the candidate new genus to the family Rickettsiaceae (Alphaproteobacteria, Rickettsiales) as a sister group of the genus Rickettsia. In situ observations revealed the ability of the candidate new species to colonize either nuclear or cytoplasmic compartments, depending on the host organism. The presence of the same bacterial species within different, evolutionary distant, hosts indicates that 'Candidatus Megaira polyxenophila' recently underwent several distinct host shifts, thus suggesting the existence of horizontal transmission pathways. We consider these findings as indicative of an unexpected spread of rickettsial infections in aquatic communities, possibly by means of trophic interactions, and hence propose a new interpretation of the origin and phylogenetic diversification of rickettsial bacteria.

No description available.

“Neglected Rickettsiaceae” (i.e. those harboured by non-hematophagous eukaryotic hosts) display greater phylogenetic variability and more widespread dispersal than pathogenic ones; yet, the knowledge about their actual host range and host shift mechanism is scarce. The present work reports the characterization following the full-cycle rRNA approach (SSU rRNA sequence, specific in situ hybridization, and ultrastructure) of a novel rickettsial bacterium, herewith proposed as 'Candidatus Megaira polyxenophila' gen. nov., sp. nov. We found it in association with four different free-living ciliates (Diophrys oligothrix, Euplotes octocarinatus, Paramecium caudatum, and Spirostomum sp., all belonging to Alveolata, Ciliophora); furthermore it was recently observed as intracellular occurring in Carteria cerasiformis and Pleodorina japonica (Chlorophyceae, Chlorophyta). Phylogenetic analyses demonstrated the belonging of the candidate new genus to the family Rickettsiaceae (Alphaproteobacteria, Rickettsiales) as a sister group of the genus Rickettsia. In situ observations revealed the ability of the candidate new species to colonize either nuclear or cytoplasmic compartments, depending on the host organism. The presence of the same bacterial species within different, evolutionary distant, hosts indicates that 'Candidatus Megaira polyxenophila' recently underwent several distinct host shifts, thus suggesting the existence of horizontal transmission pathways. We consider these findings as indicative of an unexpected spread of rickettsial infections in aquatic communities, possibly by means of trophic interactions, and hence propose a new interpretation of the origin and phylogenetic diversification of rickettsial bacteria.

Microbes typically form highly complex and diverse communities that account for a significant portion of life's genetic diversity. Analysis of living systems, e.g. bacterial or cell population, plays a significant role in detecting and identifying pathogens, testing antibiotic susceptibility, and the fundamental research of population diversity and evolution. This work focuses on the analysis of bacterial communities using droplets based millifluidics. To monitor the bacteria growth, we designed an optofluidic system, combining the encapsulation of bacteria in numerous emulsion droplets to monitor their long-term behavior and relationship in a co-culture environment using fluorescent signals. In the first part of this work, we co-encapsulated and cultured two isogenic strains of Escherichia coli (E. coli) in numerous emulsion droplets to reveal their competition and cooperation relationship. Since two strains of E. coli express blue and yellow fluorescent proteins (BFP and YFP, respectively), we quantified their growth by integrating a fluorescence detection system. We analyzed the following parameters: doubling time, population yield, final biomass ratio, correlation map of doubling time and competition coefficient to characterize and compare the bacterial growth kinetics and behavior in mono and co-cultures. In addition, the experimental observations were compared with the predictions from a single growth model. Finally, we employed the millifluidic device to verify the appearance of cross-protection between antibiotic-sensitive bacteria and antibiotic-resistant bacteria. It is one of the mechanisms by which different bacteria, sharing the same environment, protect each other to survive in the presence of antibiotics. For this purpose, the E.coli YFP strain was chosen as an antibiotic-sensitive group. Simultaneously, the E.coli BFP strain with β-lactam and its mutations were selected as resistant strains. Combining the millifluidic droplet reactor method with other detection strategies, e.g. fluorescence microscopy, fluorescence flow cytometry, and plate reader, we proved the appearance of cross-protection by detecting the filamentary cells, the fluorescence of cell-free media, viable cell rates, cell shape and size, as well as β-lactamase activity. All these results obtained by millifluidic devices proved that this strategy could be used in a high-throughput bacterial coexistence study. In addition, the research of these general fields, such as bacterial community and antibiotic impact, can help us to reveal the interaction between microbial species and determine the right dose of antibiotics to inhibit bacterial growth in a co-existent environment efficiently.

Zum Studium des prophylaktischen Einflusses ausgewählter antibiotischer Leistungsförderer [Avilamycin (10 ppm), Avoparcin (15 ppm), Virginiamycin (20 ppm)] und ionophorer Antikokzidia [Monensin (100 ppm), Narasin (70 ppm)] sowie des metaphylaktischen bzw. therapeutischen Einsatzes von Tylosin [Tylan 0,5 g/l H2O] auf das Auftreten und die Ausprägung der Clostridium (Cl.) perfringens-Enterotoxämie (CPE) wurden Untersuchungen an insgesamt 33 Versuchsgruppen mit 825 Broilerküken durchgeführt. Die Erkrankung konnte mittels intraduodenaler Inokulation einer Vollkultur Cl. perfringens Typ A (ATCC 3624) sicher reproduziert werden. Die Morbiditätsrate betrug in allen infizierten Gruppen 100 %. An klinischer Symptomatik zeigte sich hauptsächlich profuser wässriger Durchfall. Schwerere Störungen, Apathie und Anorexie, waren selten und in allen beobachteten Fällen vom schnellen Tod des betreffenden Tieres begleitet. Allgemein fiel auf, daß die infizierten und nicht medikamentierten Tiere schneller und länger erkrankten. Bei infizierten und unmedikamentierten Tieren ergab sich eine Mortalitätsrate von 16 bis 36 %, in den medikamentierten Gruppen maximal 8 %. Tylosin zeigte eine sehr gute metaphylaktischen bzw. therapeutische Wirkung. Die Lebendmasseentwicklung betrachtend, konnte Avoparcin unter den Leistungsförderern beste Ergebnisse erzielen. Ähnliche Resultate wurden in den Kombinationsgruppen [Avilamycin plus Monensin oder Narasin] bzw. mittels Narasin erreicht. In absteigender Reihenfolge zeigten Avilamycin, Virginiamycin und Monensin eine geringere leistungsfördernde Wirkung. Die Bestimmung fäkaler bzw. ileozäkaler Clostridienkonzentrationen lebender, respektive verendeter Hühner erbrachte nur wenige und relativ unbedeutende statistisch gesicherte Korrelationen zu anderen Ergebnissen. Es konnten keine Zusammenhänge zwischen Erregerzahl und Lebendmassezunahme, bzw. Todesursache, aufgedeckt werden. Die Resultate aus allen Versuchen zusammenfassend, müssen den Kombinationen von Avilamycin mit Narasin bzw. Monensin beste Effekte hinsichtlich einer positiven Beeinflussung CPE-bedingter Morbidität, Mortalität und Lebendmasseverluste bescheinigt werden. Tylosin war in der Lage, die Verlustzahlen durch CPE rasch zu senken. Für die Ausprägung kompensatorischer Effekte hinsichtlich der Lebendmasseverluste unter der Infektion muß mit einer größeren Zeitspanne gerechnet werden. Die Polyether und auch Avilamycin sind als Futtermittelzusatzstoffe für die europäische Geflügelhaltung zugelassen. Durch die ständige Kokzidiosebedrohung in den Hühnerbeständen kann auf einen prophylaktischen Einsatz antikokzidieller Futtermittelzusatzstoffe momentan nicht verzichtet werden. Es ist zu vermuten, daß es durch den simultanen Einsatz von Polyether und Leistungsförderer zu einer positiven Beeinflussung der schädigenden Wechselwirkungen von Kokzidien und Cl. perfringens im Darm kommt. Bei vorhandener Empfindlichkeit der Eimerien sollte dies sowohl die Bekämpfung von CPE als auch von Kokzidiosen begünstigen. Der positive Eindruck von Avoparcin spielt, bedingt durch das europaweite Verbot, momentan für die Praxis keine Rolle. Die Entwicklungstendenzen auf dem Sektor antibiotisch wirksamer Futtermittelzusatzstoffe, eng verknüpft mit der bakteriellen Resistenzproblematik, werden in der Arbeit ausführlich diskutiert. / Investigations with 825 chickens in 33 trials were performed in order to find out the prophylactic effect of selected antibiotic growth promoters [avilamycin (10 ppm), avoparcin (15 ppm) virginiamycin (20 ppm)] and polyether ionophore antibiotics [monensin (100 ppm), narasin (70 ppm)] on the incidence of Clostridium (Cl.) perfringens enterotoxemia (CPE) in chickens as well as the therapeutic resp. metaphylactic influence of tylosin [Tylan 0,5 g/l H20]. The enterotoxemia could be reproduced regularly by intraduodenal infection with high numbers of vegetative cells of Cl. perfringens type A (ATCC 3624). The morbidity rate always reached 100 %. In spite of a profuse and watery diarrhoea the chickens normally showed no further considerable disturbances of the general status. Apathy or anorexia were rather rare and immediately followed by Exitus letalis of the related chickens. It was striking that the infected and non-medicated broilers contracted the disease more quickly and for a longer time. The mortality rate among the infected and non-medicated animals was 16 to 36 %, among the medicated groups max. 8 %. Tylosin showed a considerable metaphylactic effect in decreasing CPE mortality. The avoparcin group showed the best weight gain among the growth promoters, comparable to the results by means of the combinations [avilamycin + monensin or narasin] or narasin only. Decreasingly avilamycin, virginiamycin and monensin were less successful. Analysing the faecal resp. ileocecal quantities of Cl. perfringens adduced only a few statistically guaranteed correlation with other results. There was no causal connection between numbers of Cl. perfringens and life weight development. It was impossible to discover a numerical threshold of germs responsible for the death of the chickens. Summarising all the results of the entire attempts the combinations of avilamycin and narasin resp. monensin were the most effective concerning the reduction of morbidity, mortality and life weight losses by CPE. By application of tylosin it was possible to stop the mortality rate quickly. But it needs more time to achieve reductions of the CPE related weight losses. The two polyethers and also avilamycin are still admitted in the European Union. Currently an abandonment of anticoccidial feed supplements seems to be impossible due to the present danger of coccidiosis in poultry. By means of monensin/narasin plus avilamycin the adverse health effects of interactions of both pathogens should be reduced. Presupposing susceptibility of the coccida this should be a notable contribution to a better controlling and to the prevention of CPE and coccidiosis, too.

Als "surface-layer" (S-Layer, SL) bezeichnet man die regelmäßig strukturierten Hüllproteinlagen auf der Oberfläche von etwa 80 % aller bisher bekannten Bakterienspezies. Sie entstehen durch Selbstassemblierung von identischen Proteinuntereinheiten, die wiederum zumeist durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit der darunterliegenden Zellwandkomponente verknüpft sind. Trotz ihrer Diversität auf der Ebene der Primärstruktur weisen S-Layer verschiedener Bakterienarten einheitliche physikochemische Merkmale auf. Dazu zählt u.a. die Wiedereinnahme einer hochgradig strukturierten, porösen Proteinschicht nach reversibler Denaturierung. Infolge der Reassemblierung entstehen sowohl in Lösung als auch an Phasengrenzen Proteinassemblate, deren Porenanordnungen die gleiche regelmäßige Symmetrie aufweisen, wie die nativen Hüllproteine auf der Bakterienzelle. Das in seiner Domänenstruktur aufgeklärte Hüllprotein SbsC des mesophilen Bakterienstammes Geobacillus (G.) stearothermophilus ATCC 12980 zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Synthetisierbarkeit in E. coli aus. C-terminale Fusionen, die im Falle des verstärkt grün fluoreszierenden Proteins (EGFP) bis zu 240 Aminosäuren umfassen, führten nicht zu einem Verlust der Selbstassemblierung. Darüber hinaus zeigen in vitro gebildete SbsC-Assemblate eine außergewöhnliche Stabilität gegenüber hohen Ethanolkonzentrationen. Die durch gerichtete Mutagenese erzeugten SbsC-Fusionsproteine SbsC(aa 31-1099)-HspA und SbsC(aa 31-1099)-12His besitzen in assemblierter Form im Vergleich mit dem unmodifizierten Protein eine bis zu zweimal höhere Bindungsaffinität gegenüber Platinionen. In denaturierter Form waren beide Fusionsproteine in der Lage, Nickelionen zu komplexieren. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals ein SL-Protein in einem eukaryontischen Mikroorganismus produziert. Das in der Hefe S. cerevisiae gebildete Fusionsprotein SbsC(aa 31-1099)-EGFP assembliert dabei im Cytosol der Wirtszellen zu röhrenförmigen Assemblaten mit regelmäßiger Symmetrie. Das bisher unbekannte SL-Protein des Stammes G. stearothermophilus DSM 13240 wurde erfolgreich heterolog in E. coli exprimiert. Die Vorläuferform besitzt im Vergleich zum maturen Protein ein 31 aa umfassendes Sekretionssignal am extremen N-Terminus. Sowohl das authentische Protein als auch das heterolog in E. coli exprimierte Vorläuferprotein zeigen eine dem SbsC-Protein vergleichbare Reassemblierungscharakteristik. Im Gegensatz dazu führte die Verkürzung der N-terminalen 30 Aminosäuren des als S13240 bezeichneten Hüllproteins im heterologen System zu einem irreversiblen Verlust der Fähigkeit zur Selbstassemblierung.