Vibrio cholerae, der Erreger der gastrointestinalen Erkrankung Cholera, ist ein Gram- negatives, fakultativ anaerobes gekrümmtes Stäbchenbakterium und zugleich der wohl bekannteste Vertreter der Familie Vibrionaceae. Es persisitiert die meiste Zeit in aquatischen Ökosystemen wie Flüssen, Seen oder Meeresküsten, wo das Bakterium meist mit Crustaceen oder anderen Organismen mit Chitin-haltigen Oberflächen assoziiert vorliegt. Über orale Aufnahme kontaminierter Lebensmittel oder von Wasser kann das Bakterium in den menschlichen Organismus gelangen und dort den oberen Dünndarmbereich kolonisieren, wo letztlich durch verschiedene Virulenzfaktoren, aber hauptsächlich durch das Cholera-Toxin, die Symptomatik der Cholera ausgelöst wird. V. cholerae ist somit sowohl in seiner natürlichen Umgebung, als auch im humanen Wirt höchst unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt. Diese alternierenden Umweltreize stellen verschiedene Anforderungen an die Expressions- und Regulationsfähigkeiten von Proteinbiosynthesen des Bakteriums dar. Die Notwendigkeit einer raschen Adaption setzt daher vielfältige und komplexe Genregulationsmechanismen voraus. Im ersten Teil der hier vorliegenden Arbeit sollte die Genregulation des chs-Operons untersucht werden. Als Grundlage dienten hierbei Hinweise, nach welchen dieses Operon als putatives PTS eine Rolle für den Metabolismus von dem Chitin-Derivat Chitobiose spielen könnte. Zudem sollte der Einfluss des aus Escherichia coli bekannten Repressors Mlc auf die Expression des Operons tiefer gehend untersucht werden. Im Rahmen dieser Arbeit war es gelungen, das als ChsR benannte Protein eindeutig als spezifischen LacI-ähnlichen Repressor für das chs-Operon zu bestätigen. Weiter konnte auch eine cAMP-abhängige Expressionsinduktion bestätigt werden, welche sich allerdings nur bei inaktiven ChsR durchsetzen kann. Als spezifischer Induktor für den Repressor ChsR konnte Chitobiose (GlcN)2 identifiziert werden, welches zwar bei dem in dieser Arbeit verwendeten O1-Stamm SP27459-S nicht als alleinige Kohlenstoffquelle dienen kann, aber unter induktiven Konzentrationen die Repressoreigenschaft von ChsR inhibiert. Zugleich konnte ChsC als für den Import des Induktors Chitobiose verantwortliches Protein identifiziert werden. Weiter nicht eindeutig zu klären blieb der Einfluss von Mlc auf das chs-Operon. Zwar konnte der aktivierende Effekt von Mlc auf die chs-Expression durch Komplementation bestätigt werden, der genaue Mechanismus bleibt jedoch weiterhin unbekannt und bedarf weiterer Untersuchungen. Einzig der Einfluss von Mlc auf den Chitobiose-Import konnte ausgeschlossen werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte der weitaus komplexere Mechanismus der Virulenzgenregulation untersucht werden. Im Fokus stand hierbei der Hauptvirulenz-genregulator ToxR und dessen Abhängigkeit von der periplasmatischen Protease DegS. Anhand unterschiedlicher Experimente auf Promotoraktivitäts-, mRNA- und Proteinebene konnte eine Abnahme der ToxR-Aktivität in der degS-Knockout Mutante beobachtet werden, was auf eine Aktivierung von ToxR durch DegS schließen lässt. Weiter konnte eine Abhängigkeit der Aktivität von ToxR von der ebenfalls DegS-abhängigen RpoE-Signalkaskade ausgeschlossen werden. Auch konnte gezeigt werden, dass die Integrität von ToxR durch ToxS, nicht aber durch DegS bestimmt wird. Der exakte Mechanismus der DegS-induzierten ToxR-Aktivierung konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht mehr ermittelt werden. Es wurden jedoch Hinweise darauf gewonnen, dass eine direkte ToxR-DegS-Interaktion im periplasmatischen Raum stattfinden könnte. Die in dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse hinsichtlich der ToxR-Regulation durch DegS bieten sowohl eine interessante neue Perspektive der Funktionsweise der periplasmatischen Protease DegS, als auch eine breite Grundlage für weitergehende Untersuchungen bezüglich der Aktivierung des wichtigsten Virulenzregulators ToxR in V. cholerae. / Vibrio cholerae, the causative agents of the gastrointestinal disease cholera, is a Gram-negative facultative anaerobic curved bacterium. It further is probably the best characterized member of the family Vibrionaceae. V. cholerae mainly persists in aquatic ecosystems such as rivers, lakes or sea-coasts where it is found associated with crustaceae and other organisms exposing chitin-containing surfaces. The bacterium infects the human organism via the oral uptake pathway by ingestion of contaminated food or water. Subsequently, it colonizes the upper part of the small intestine and there it eventually causes the typical symptoms of cholera. Thus, both in its natural surrounding and within the human host, V. cholerae faces dramatically alternating environmental conditions. These challenges exhibit different demands and flexibility to alteration of protein expression. This necessity for efficient adaption requires manifold and complex mechanisms of gene regulation. In the first part of the study presented here, the gene regulation of the chs-operon has been examined. In the forefront of this examination there were indications that this operon may play a role as a putative PTS for the metabolism of the chitin-derivate chitobiose. Furthermore, the influence of the in Escherichia coli well-known repressor Mlc on the expression of the operon has been determined. Within this study the protein termed ChsR could be confirmed as a specific LacI-similar repressor type protein for the chs-operon. Also, a cAMP-dependend induction of expression could be verified, which however, can only be achieved when ChsR is inactive. Chitobiose (GlcN)2 has been identified as the specific inductor for the repressor ChsR. This inductor substrate cannot be used as the only carbon-source for the O1-strain SP27459-S, but is able to act on the repressor ChsR under inductive concentrations to cause depression on the chs-operon. Furthermore, ChsC could be identified to be responsible for the import of the inductor chitobiose. The influence of Mlc on the chs-operon could not be elucidated. Even though the activating effect of Mlc on the chs-expression has been confirmed via complementation analysis, however the exact mechanism remains unknown and needs further investigations. Finally, an influence of Mlc on the import of chitobiose could be ruled out. In the second part of this study a far more complex mechanism of virulence gene expression has been investigated. The examinations concentrated on the main virulence regulator ToxR, which is involved in gene regulation of cholera-toxin genes and others, and its dependence on the periplasmatic protease DegS. On the basis of various experiments a decrease of ToxR-activity in a degS-knockout mutant could be observed on promoter-activity-, mRNA- and protein level, utilizing the ToxR dependent regulated porin OmpU. The obtained results clearly indicated that an activation of ToxR via interaction with DegS seems possible. Furthermore, a dependence of ToxR-activity on the DegS-dependent RpoE-signal cascade could be ruled out. Also it could be demonstrated that the integrity of ToxR is maintained by ToxS, but not by DegS. However, the exact mechanism of the DegS-induced activation of ToxR could not be determined within this study and should be investigated in future. So far only genetic derived indications have been gained that there is direct interaction between ToxR and DegS in the periplasmic space, a proof by protein/protein interaction is still lacking. The findings summarized in this study addressing the regulation of ToxR via DegS present an interesting new perspective of the function of the periplasmic protease DegS involved in affecting a general virulence regulatory pathway. Moreover, the data will serve as the basis for further investigations on the molecular mechanism of activation and signal transduction of the most important virulence factor ToxR in V. cholerae.

Vibrio cholerae, der Erreger der Cholera, ist ein Gram-negatives, fakultativ pathogenes Bakterium. In dieser Arbeit konnte die V. cholerae Oberflächenstruktur identifiziert werden, an die der temperente V.cholerae-Phage K139 adsorbiert. Phagenbindungs-Studien mit gereinigtem Lipopolysaccharid (LPS) ergaben, daß das O-Antigen der Serogruppe O1 den Phagenrezeptor darstellt. Zusätzlich wurden phagenresistente Mutanten des transluzenten O1 El Tor Inaba Stammes P27459 nach Inkubation mit einem lytischen K139-Derivat isoliert. Analysen des LPS-Laufverhaltens in Polyacrylamid-Gelen (PAA) zeigten, daß viele der Spontanmutanten defekte LPS-Moleküle synthetisierten, die entweder im O-Antigen, im Kernoligosaccharid oder in beidem betroffen waren.Phagenresistente Mutanten mit offensichtlich unverändertem LPS bildeten entweder transluzente oder opake Kolonien. Weiterhin wurden ausgewählte spontan phagenresistente Stämme genetisch analysiert. O-Antigen Mutanten wurden in Southernblot-Analysen mit spezifischen, gegen das bereits gut charakterisierte O-Antigen-Biosynthese-Gencluster (rfb) gerichtete Sonden untersucht. Zwei der O-Antigen negativen Stämme waren durch Insertion des IS-Elementes IS1004 in das rfb-Gencluster entstanden. Spontan phagenresistente Mutanten mit verändertem Kernoligosaccharid ohne O-Antigen (R-LPS-Mutanten) sind wahrscheinlich im Kernoligosaccharid-Biosynthese-Gencluster (waa) mutiert, das in der V. cholerae Datenbank identifiziert wurde. waaF, das für die Heptosyl-II-Transferase kodiert, wurde durch genetische Manipulation inaktiviert und zeigte im PAA-Gel das gleiche Migrationsverhalten wie zwei spontan phagenresistente Mutanten. In den Spontanmutanten konnte jedoch im Gegensatz zu der konstruierten Mutante durch ein WaaF-exprimierendes Plasmid lediglich das Kernoligosaccharid, nicht aber das O-Antigen wiederhergestellt werden. Weitere genetische Analysen ergaben, daß eine der Spontanmutanten 546 bp deletiert hatte, die Teile von waaF und waaL betrafen, letzteres kodiert dabei vermutlich für die O-Antigen-Ligase. Spontanmutanten mit intaktem O-Antigen aber verändertem Kernoligosaccharid konnten als galU-Mutanten charakterisiert werden, die auch im Galaktosekatabolismus beeinträchtigt waren. Zusätzlich wurden zwei weitere gal-Gene, galE und galK, durch genetische Manipulation inaktiviert. Diese Mutanten konnten ebenfalls keine Galaktose mehr verstoffwechseln, synthetisierten aber ein intaktes LPS. In Gegenwart hoher Galaktosekonzentrationen wurde in galU- und galE- Mutanten aufgrund der Defekte im Gal-Stoffwechsel Lyse beobachtet. Zusätzlich wurde die Rolle von galU und galE in der Biofilmbildung untersucht. Da der transluzente Wildtyp (Wt) im Gegensatz zu Opakvarianten keinen Biofilm bilden konnte, wurden galE und galU auch in einer Opakvariante inaktiviert. galU- und galE-Mutationen erzeugten in der Opakvariante wieder eine transluzente Koloniemorphologie und einen biofilm-negativen Phänotyp an abiotischen Oberflächen. Diese Daten deuten an, daß die Synthese von UDP-Galaktose ausgehend von UDP-Glukose für die Synthese des Exopolysaccharides (VPS) notwendig ist. Virulenzstudien in neugeborenen Mäusen ergaben, daß O-Antigen negative Stämme sowie galU-Mutanten sehr viel schlechter und R-LPS-Mutanten nicht mehr im Dünndarm kolonisieren konnten. Da galE und galEK-Mutanten ebenso gut wie der Wt kolonisierten, konnte ausgeschlossen werden, daß toxische Galaktose-Effekte für den Kolonisierungsdefekt der galU-Mutante verantwortlich waren. Zusätzlich wurde die Überlebensfähigkeit der LPS-Mutanten in Gegenwart von verschiedenen Substanzen, die nachweislich im menschlichen Dünndarm vorkommen, unter „in vitro“ Bedingungen untersucht. R-LPS und galU-Mutanten waren im Vergleich mit dem Wt sensitiver gegenüber schwachen organischen Säuren, Defensinen, dem Komplementsystem und Gallensäuren. O-Antigen negative Stämme waren dagegen weiterhin resistent gegenüber Gallensäuren und schwachen organischen Säuren aber sensitiv gegen die Komponenten des angeborenen Immunsystems. Bisher wurde für keine der LPS-Mutanten eine größere Beeinträchtigung weiterer Virulenzfaktoren, wie z.B. Motilität, Synthese der Pili TCP oder Choleratoxin-Produktion festgestellt. Auch die Zusammensetzung der Proteine in der äußeren Membran war offensichtlich nicht beeinträchtigt, allerdings wurde beobachtet, daß aus galU Mutanten in geringem Maße und aus R-LPS Mutanten in verstärktem Maße periplasmatische Proteine in den Überstand diffundieren können. Diese Ergebnisse deuten an, daß nicht nur das O-Antigen, wie bereits bekannt, sondern auch eine spezifische Kernoligosaccharid-Struktur für eine effektive Kolonisierung von V. cholerae essentiell ist. Der Grund dafür ist höchstwahrscheinlich in der Ausbildung einer stabilen äußeren Membran zu suchen, die die Persistenz in Gegenwart bakteriozider Substanzen des Dünndarms ermöglicht. / Vibrio cholerae is a Gram-negative, facultative pathogen and is the causative agent of cholera. In this study the adsorption site of the temperate phage K139 on the bacterial cell surface was determined. Phage-binding studies with purified lipopolysaccharide (LPS) showed that the O-antigen of the serogroup O1 serves as the phage receptor. In addition, phage resistant mutants of the O1 El Tor Inaba strain P27459 were screened by using a virulent isolate of phage K139. Analysis of the LPS by PAGE migration patterns revealed that most of the spontaneous mutants synthesize incomplete LPS molecules, either composed of defective O-antigen or core oligosaccharide. Phage resistent isolates with apparently normal LPS form either translucent or opaque colonies. The genetic nature of spontaneous phage resistant strains was investigated. O-antigen negative strains were investigated by Southern hybridization with probes specific for the well known O1-antigen biosynthesis cluster (rfb). Two of the investigated O-antigen negative mutants revealed insertions of element IS1004 into the rfb-gene cluster. Spontaneous phage resistant R-LPS mutants were found to synthesize an altered core without attached O-antigen. This type of mutants are most likely affected in the core oligosaccharide biosynthesis gene cluster (waa), which was identified by searching the V. cholerae genomic database. waaF, encoding heptosyl-II-transferase, was inactivated and the LPS was found to have the same migration behaviour in PAA gels than two spontaneous mutants. However, in contrast to the constructed waaF mutant complementation with waaF in trans restored only the core oligosaccharide but not the O-antigen synthesis in the spontaneous mutants. Further analysis revealed that one mutant had a deletion of 546 bp affecting waaF and waaL, the latter is thought to encode the putative O-antigen-ligase. Spontaneous mutants with intact O-antigen but altered core oligosaccharide were identified as galU mutants, which were also affected in the galactose catabolism. Other gal genes, galE and galK, were inactivated and these mutants were also found to be defective in the catabolism of exogenous galactose but synthesized an apparently normal LPS. Additionally, galU and galE mutants were found to lyse in the presence of high galactose concentrations. Furthermore the role of galU and galE in biofilm formation was investigated. In contrast to the spontaneous phage resistant opaque colony variant the translucent wt-strain was unable to form a biofilm, therefore the galE and galU mutations were also introduced into the opaque colony variant. galU and galE mutants of the opaque strain were translucent and unable to form a biofilm on abiotic surfaces, suggesting that the synthesis of UDP-galactose, via UDP-glucose, is essential for the biosynthesis of the exopolysaccharide. Virulence studies in infant mice indicated that O-antigen negative mutants, galU and R-LPS mutants but not galE and galEK mutants were defective in colonization of the mouse small intestine, excluding any toxic galactose effects in the gut. By investigating the sensitivity to several substances known to be present in the intestine „in vitro“, it was shown that galU and R-LPS mutants were more sensitive to weak organic acids, cationic antimicrobial peptides, the complement system and bile salts. O-antigen negative strains were found to be sensitive against gut-associated bacteriocidal substances, but they displayed significant resistance to bile salts and organic acids. No gross change in other virulence determinants such as motility, synthesis of pili TCP, choleratoxin production or outer-membrane proteins has yet been found for any of the LPS mutants. However, some periplasmic leakage for galU and significant leakage for R-LPS mutants was observed. These results suggest that not only the O-antigen, as already known, but also a specific core oligosaccharide architecture seems to be required for V. cholerae colonization, most probably in providing resistance against bacteriocidal substances.

Obwohl inzwischen über 200 verschiedene Serogruppen von V. cholerae bekannt sind, wurden Ausbrüche der Cholera hauptsächlich von Stämmen der unbekapselten Serogruppe O1 und der bekapselten Serogruppe O139 verursacht. Die Komponenten des Lipopolysaccharids (LPS) von O1 und O139, sowie die Kapsel von O139 tragen zur Kolonisierung im Gastrointestinaltrakt bei. Um die Funktion des LPS und der Kapsel als Virulenzfaktor näher zu untersuchen, wurden Adhäsionsstudien mit definierten LPS- und/ oder Kapsel-Mutanten beider pathogener Serogruppen durchgeführt. Dazu wurde die Mukus-produzierende humane Darmzelllinie HT-29-Rev MTX verwendet. Im Vergleich zum jeweiligen Wildtyp (Wt) konnte für eine O Antigen-Mutante von O1 eine Reduktion um 85%, für eine O Antigen/ Kapsel-Mutante von O139 eine Reduktion um 70% in der Adhäsionsrate festgestellt werden. Ein Beitrag von ToxR regulierten Genprodukten ist ebenfalls möglich. Weiterhin wurden mit WavJ und WavD zwei Genprodukte der Kernoligosaccharid -Biosynthese charakterisiert, welche bislang nur in dem wa*-Genclustertyp 1 der klinischen Isolate nachgewiesen worden sind. Es konnte gezeigt werden, dass beide Genprodukte an der Biosynthese des Kern OS beteiligt sind, wobei WavJ mit hoher Wahrscheinlichkeit die Heptosyl-IV-Transferase darstellt. Die wavDJ-Doppelmutanten beider Serogruppen wiesen eine erhöhte Sensitivität gegenüber Novobiocin auf. Dagegen konnte eine Attenuation der Mutanten im Mausmodell nur für die Serogruppe O139 demonstriert werden. Ein Schlüsselenzym der LPS-Biosynthese stellt die Oberflächenpolymer:Lipid A-Kern OS-Ligase (WaaL), kurz O Antigen-Ligase genannt, dar. In dieser Arbeit wurden die in der Primärstruktur stark unterschiedlichen Ligasen aus einem pathogenen (P27459) und apathogenen (V194) V. cholerae Isolat strukturell und funktionell analysiert. Es wurde gezeigt, dass die Aktivität beider Ligasen von der Anwesenheit eines N-Acetylglucosamins (GlcNAc) im Kernoligosaccharid abhängig ist. Dieser Zucker wird durch das Genprodukt WavL transferiert, welchem in dieser Arbeit die Aktivität einer N-Acetylglucosaminyltransferase zugeordnet werden konnte. Das Gen wavL wurde in allen zur Verfügung stehenden V. cholerae Isolaten nachgewiesen und stellt wahrscheinlich eine generelle Voraussetzung des Kern OS für eine O Antigen-Anheftung dar. Im Gegensatz dazu, diskriminiert die An- bzw. Abwesenheit einer Galaktose (Gal) im Kern OS die Spezifität der Ligasen von V. cholerae P27459 bzw. V194. Dabei ist die Aktivität der Galaktosyltransferase WavM, essentiell für die Aktivität der Gal-abhängigen Ligase von V194. Die Gal-unabhängige Ligase von P27459 wird hingegen durch die Anwesenheit von Gal im Kern OS inhibiert. Hybridfusionen der beiden Ligasen deuten an, dass die Erkennungsdomäne für Gal in der C-terminalen Hälfte lokalisiert ist. Erstmals wurde die Topologie einer Ligase durch PhoA- und LacZ-Fusionen analysiert. Die Suche nach konservierten Aminosäuren (AS) in verschiedenen Ligasen führte zur Identifizierung der Motive R(X3)L und H(X10)G in zwei periplasmatischen Schleife. Ein Austausch des R oder des H in diesen Motiven führte zum Verlust der Ligase-Aktiviät von WaaL aus V. cholerae und S. enterica. Damit geben diese Motive einen ersten Hinweis auf das aktive Zentrum des Enzyms. Desweiteren wurde nach möglichen O Antigen-Transportern bei V. cholerae gesucht, welche bislang noch nicht identifiziert worden waren. Über die Anpassungen von V. cholerae an aquatische Ökosysteme, insbesondere hinsichtlich der wechselnden Osmolarität, ist nahezu nichts bekannt. Durch ein in dieser Arbeit konstruiertes und etabliertes Transposonsystem konnten 3600 Mutanten erzeugt und auf Wachstumsdefekte unter hypertonischen Bedingungen untersucht werden. Eine dieser osmosensitiven Mutanten wies eine Insertion in dem Locus VCA0565 auf, welcher für eine putative Sensor-Histidinkinase kodiert. Mit dem Regulator, kodiert durch VCA0566, stellt VCA0565 das putative Zwei-Komponentensystem OsmRK dar. Transkriptomanalysen von osmR/ K-Mutanten lieferten keine Erklärung des Wachstumsdefekts unter hypertonischen Bedingungen, zeigten aber eine Vernetzung der durch OsmR/ K regulierten Gene mit dem ToxR-Regulon auf. Analysen der Außenmembran demonstrierten, dass eine Mutation von osmR/ K zu einer Repression von OmpU unter hohen Salzkonzentrationen führt. Vergleichende Experimente mit weiteren Mutanten deuteten an, dass es in osmR/ K- und toxS-Mutanten unter erhöhten Salzkonzentrationen zur Degradation von ToxR kommt. Während die Deregulation von OmpU in osmR/ K-Mutanten nur unter Salzstress zu beobachten war, führte in der toxS-Mutante auch ein Membranstress durch Zugabe von Protamin zu einer Repression von OmpU. Die zu OsmR/ K nah verwandten putativen Zwei-Komponentensysteme EnvZ/ OmpR und VCA0257/ VCA0256 hatten unter keiner der getesteten Bedingungen einen Einfluss auf die Proteine der AM. Weiterhin wurde eine C-terminale Degradation von HutA unter hypertonischen Bedingungen aufgedeckt. / Although, more than 200 serogroups of V. cholerae.were identified, however, only the strains of the non-encapsulated O1 and the encapsulated O139 serogroups were found to be responsible for cholera epidemics. The components of the LPS of O1 and O139 play a crucial role in the colonization of the gastrointestinal tract. To analyze the contribution of the LPS and the capsule in the adhesion to epithelial cells, mucus layer attachment studies using defined O antigen and/ or capsule mutants of both serogroups and the human intestinal cell line HT29-Rev MTX were performed. In case of the O antigen mutant of O1 a 85% and for the O antigen and capsule mutant of O139 a 70% reduction in the adhesion rate was determined compared to wild type. It is likely that ToxR regulated gene products also contribute to the adhesion, since a toxR-mutant of O1 showed a 3-fold reduction in the adhesion rate. In addition the two gene products of the core oligosaccharide biosynthesis, WavJ and WavD, were characterized. So far the corresponding genes could only be found in the wa*-gene cluster type 1 of clinical isolates. It could be demonstrated, that single and double knockout mutants have an effect on core oligosaccharide biosynthesis in both serogroups. Based on bioinformatical data it is likely that WavJ represents the heptosyl-IV-transferase. Double mutants in wavJ and wavD of both serogroups showed an attenuated growth in the presence of novobiocin, whereas only the mutants in O139 demonstrated reduced colonization in the in vivo mouse model. The surface polymer:lipid A-core ligase (WaaL), also called the O antigen ligase, is a key enzyme in the LPS biosynthesis of Gram- bacteria. Part of this work focused on the structural and functional characteristics associated with the recognition of the core oligosaccharide of two distantly related ligases of a virulent (P27459) and an environmental (V194) V. cholerae isolate. It was demonstrated that the activity of both ligases is dependent on the presence of N-acetylglucosamine, which is attached to the core oligosaccharide by the WavL glycosyltransferase. The gene wavL could be found in all V. cholerae isolates so far. In contrast, an additional sugar substitution, i.e. galactose, which is transfered by the WavM galactosyltransferase, discriminates the core oligosaccharide specificity of the ligases of P27459 and V194. The activity of WavM is essential for the activity of the galactose-dependent ligase of V194, whereas it hinders the galactose-independent ligase of P27459 to transfer the O antigen onto the core oligosaccharide. WaaL protein hybrids between galactose dependent and non-dependent ligases indicate that the galactose recognition site is located in the C-terminal half. Using PhoA and LacZ fusions the topology of the ligase of P27459 was determined. Amino acid sequence alignments of WaaL proteins identified the distinct conserved motifs R(X3)L and H(X10)G in two periplasmic loops. By site directed mutagenesis of the histidine and arginine residues within these motifs, an abortism of O antigen transfer reaction for WaaLs of V. cholerae and Salmonella enterica was found. Furthermore the putative O antigen-transport systems of V. cholerae were investigated. In this work a new transposon system was constructed and established, resulting in 3600 mutants, which were screened for growth defects under hypertonic conditions. One of these mutants had an insertion in locus VCA0565, which encodes a putative sensor histidine kinase. In combination with the transcriptional regulator, encoded by VCA0566, they represent the putative two-component system OsmRK. Comparing the transcriptom of osmR/ K-mutants to the wild type revealed no explanation for the osmosensitive phenotype, but showed some interaction between the regulon of OsmR/ K and ToxR. Analysis of the outer membrane demonstrated, that a mutation in osmR/ K results in a repression of OmpU under hypertonic conditions. Comparative experiments, including additional mutants indicated a degradation of ToxR in osmR/ K- and toxS-mutants in presence of high salt concentrations. In contrast to osmR/ K-mutants, in the toxS-mutant the repression of OmpU could be also observed by a different membrane stress caused by protamine. In addition, the analysis of the outer membrane proteins revealed a C-terminal degradation of HutA under hypertonic stress conditions.

Typescript (photcopy) / x, 194, xxxvi leaves, [5] leaves of plates : ill. ; 31 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Microbiology and Immunology, 1975

Bacterias patógenas como Salmonella, habitantes naturales del tracto intestinal de diversos animales incluido el hombre, están comúnmente presentes en efluentes de desagües principalmente domésticos que desembocan al mar en forma directa o indirecta a través de ríos y acequias, llegando a constituir parte de la flora contaminante del litoral limeño y de los alimentos provenientes del mismo. La presencia de Salmonella está determinada por las condiciones biológicas y fisicoquímicas del ambiente acuático, que permiten su supervivencia, desarrollando mecanismos de adaptación como entrar a un estado de “viable no cultivable”, cambios metabólicos o alteraciones genómicas en respuesta a condiciones ambientales adversas. Debido a la importancia que tiene Salmonella en la incidencia de enfermedades gastrointestinales, se hace necesaria su vigilancia en el medio ambiente acuático para lo cual es preciso desarrollar estudios que faciliten el aislamiento, identificación y diferenciación de estirpes patogénicas en ambientes naturales. Muestras de agua de mar tomadas a lo largo del litoral limeño, durante los meses de marzo, abril y mayo del 2000, fueron procesadas para el aislamiento de Salmonella usando el método de filtración en membrana, pre-enriquecimiento en Agua Bufferada Peptonada; enriquecimiento selectivo en caldo Tetrationato, Selenito Cistina y Rappaport-Vassiliadis y posterior aislamiento selectivo en Agar XLD, Sufito de Bismuto, BPLS, SS, Hektoen y XLD. La identificación bioquímica se realizó mediante las pruebas de Oxidasa, Catalasa, Indol, Urea, TSI, LIA, Citrato y RM-VP. Para la identificación serológica se utilizaron sueros polivalentes agrupadores (A, B, C1, C2, D, E1 y E4), suero capsular Vi y flagelares de Salmonella choleraesuis. Se seleccionaron 203 estirpes oxidasa negativos, catalasa positivos, de las que 18 fueron identificadas como Salmonella choleraesuis, de las cuales 10 cepas fueron del serogrupo C1 y serotipo Salmonella Djugu y 8 del serogrupo D y serotipo Salmonella Enteritidis, una con bioquímica típica y 2 cepas atípicas incluidas en el serogrupo B de Salmonella choleraesuis, 3 cepas rugosas y 24 cepas con bioquímica típica que no aglutinaron con el suero polivalente empleado. Los perfiles de proteínas totales obtenidos mediante PAGE-SDS señalan diferencias de las cepas entre e intra serovar luego del análisis estadístico. El ADN cromosómico de los serotipos identificados fueron cortados con endonucleasas de restricción e hibridados con una sonda específica para el gen rDNA16S marcada por quimioluminiscencia. Se encontraron 4 ribotipos (RB, RC1, RC2 y RD), que correspondieron a cada serovar de Salmonella choleraesuis. / Pathogenic bacteria like Salmonella, natural inhabitants of the intestinal tract of diverse animals included the man, they are commonly present in effluents of mainly domestic drainages that discharge into the sea in direct form or through rivers and canals, ending up constituting part of the contaminate flora of the Lima´s coast and of the foods coming from the same one. Their presence is determined by the biological and physico chemical conditions of the aquatic environment that allow its survival, developing mechanisms of adaptation like to enter to state of “viable but no culturable”, metabolic and genomic changes in answer to adverse environmental conditions. Due to the importance that Salmonella has in the incidence of gastrointestinal illnesses, it becomes necessary their surveillance in the aquatic environment for that which is necessary to develop studies that facilitate the isolation, identification and differentiation of parthogenic strains in natural ecosystems. Seawater samples were taked along the Lima´s coast, during the months of march, april and may of 2000. For the isolation the membrane filtration method was used, pre-enrichment in Buffered Peptoned Water; selective enrichment in Tetrathionate, Selenite Cystine and Rappaport-Vassiliadis broths and selective isolation in XLD, Bismuth Sulfite, BPLS, SS, Hektoen, XLD agars. In the biochemical identification Oxidasa, Catalasa, Indole tests were used and it was cultivated in Urea, TSI, LIA, Citrato, RM-VP media. For the serologic identification grouping polyvalents (A, B, C1, C2, D, E1 and E4) and flagellars sera of Salmonella choleraesuis were used. 203 strains negative oxidase and positive catalase were selected, of which 18 were identified as Salmonella choleraesuis, inside those that 10 strains belonged to C1 serogroup and Salmonella Djugu serotype, and 8 to D serogroup and Salmonella Enteritidis serotype, one with typical biochemistry and 2 atypical strains typing inside the B serogroup of Salmonella choleraesuis, 3 rough strains and 24 with typical biochemistry that they didn't agglutinate with the polyvalent serum used. The profiles of total proteins obtained by means of SDS-PAGE point out differences of the strains inter and intra serovar after statistical analyses. The chromosomal DNA of the identified serotypes was cut with restriction endonucleases and hibridized with a specific probe for the gene rDNA16S marked by chemioluminiscens. They were 4 ribotypes (RB, RC1, RC2 y RD), that corresponded to each serovar of Salmonella choleraesuis.

Iron is an essential element for virtually all forms of life. Complicating matters, it is present in the insoluble ferric form in aerobic environments, while the more soluble ferrous form is found in anaerobic or reducing environments. Vibrio cholerae, the causative agent of the disease cholera, requires iron to survive. In order to meet the need for iron, V. cholerae expresses a variety of iron acquisition systems. One of these systems, Feo, is highly conserved among bacterial species as well as archaea and transports ferrous iron. The Feo system consists of three proteins: FeoA, FeoB, and FeoC. Previous work using the bacterial adenylate cyclase two hybrid system has shown that FeoC interacts with the cytoplasmic N-terminal domain of FeoB. However, the significance of this interaction is not known. In this study, V. cholerae Feo system proteins were analyzed for residues important for the interaction between FeoB and FeoC. In addition, FeoA and FeoC were purified for antibody production. It was found that a residue in the G protein domain of FeoB was not necessary for interaction with FeoC. However, a conserved residue in FeoC did abolish the interaction with FeoB. These results indicate that there is at least one residue important in the interaction of FeoB and FeoC, although further characterization will most likely reveal more. Antibodies to FeoA and FeoC were generated to use them for further characterization of the Feo system. / text

The Type 2 Secretion System (T2SS) is responsible for the transport of toxins and enzymes across the outer membrane of many Gram-negative bacteria. A crucial component of the T2SS is a large pore, composed of a multimer of EpsD, named the secretin. This pore inserts in the outer membrane with the assistance of a pilotin (EpsS) or assembly factors (EpsAB), both of which are present within the genome of Vibrio cholerae. The goal of this study was to determine whether or not both assembly mechanisms operate on the same secretin assembly in V. cholerae. Protease deficient mutants generated from an insertion transposon library in V. cholerae epsAB were analyzed. The transposon was found to disrupt the operon encoding VC1702 and epsS. Mutant strains of V. cholerae were constructed or obtained that are deficient in epsA, epsB, epsC, and epsS. Double mutants were constructed that were deficient in epsA and epsS or epsB and epsS. These mutants were tested for assembly of the secretin and secretion of lipase, protease, and cholera toxin. The epsA and epsB mutants have slightly reduced levels of secretion and secretin assembly, while the levels in the pilotin mutant are drastically reduced. The double mutants had little to no assembly, and secretion was reduced to the levels of the control mutant epsC. In an attempt to restore function epsAB was over-expressed in all strains. It successfully complemented the epsA and epsB mutants, and restored levels of secretion to epsS levels in the double mutant, epsAS. In a similar manner to epsAB complementation, epsS was over-expressed. It was found to require the preceding gene VC1702 to complement. The operon, encoding both epsS and VC1702, could complement both epsA and epsS mutations and over-expression increased secretin assembly and secretion to levels greater than wild-type levels. Lastly, a phylogenomic analysis demonstrates that the EpsAB protein complex is found in most orders of the gamma proteobacteria and is ancestral. The pilotins appear to be a late acquisition as they are only found in the family Enterobacteriales.

Bibliography : leaves 147-185. / xi, 185, [6] leaves [16] leaves of plates : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Microbiology and Immunology, 1990

Typescript (photocopy) / 132 leaves, [2] leaves of plates : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Microbiology and Immunology, 1982

Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, Dept. of Microbiology, 1975.