Neisseria meningitidis (N. meningitidis) is a human commensal that occasionally causes life-threatening infections such as bacterial meningitis and septicemia. Despite experi-mental evidence that the expression of small non-coding RNAs (sRNAs) as well as the RNA chaperone Hfq affect meningococcal physiology, the impact of RNA-based regula-tion (riboregulation) on fitness and virulence in N. meningitidis is only poorly understood. Therefore, this study addressed these issues using a combination of high-throughput tech-nologies. A differential RNA-sequencing (dRNA-seq) approach was applied to produce a single-nucleotide resolution map of the primary transcriptome of N. meningitidis strain 8013. The dRNA-seq analysis predicted 1,625 transcriptional start sites including 65 putative sRNAs, of which 20 were further validated by northern blot analysis. By Hfq RNA im-munopreci-pitation sequencing a large Hfq-centered post-transcriptional regulatory net-work comprising 23 sRNAs and 401 potential mRNA targets was identified. Rifampicin stability assays demonstrated that Hfq binding confers enhanced stability on its associat-ed sRNAs. Based on these data, the interactions of two paralogous sRNAs and their cog-nate target mRNA prpB were validated in vivo as well as in vitro. Both sRNAs directly repress prpB encoding a methylisocitrate lyse which was previously shown to be involved in meningococcal colonization of the human nasopharynx. Besides the well-described RNA chaperone Hfq, FinO-domain proteins have recently been recognized as a widespread family of RNA-binding proteins (RBPs) with regulatory roles in diverse bacteria. They display an intriguing bandwidth of target sites, ranging from a single RNA pair as recognized by plasmid-encoded FinO to the global RNA regu-lons of enterobacterial ProQ proteins. To better understand the intrinsic targeting mode of this RBP family, in vivo targets of the minimal ProQ protein of N. meningitidis were de-termined. In vivo UV crosslinking with RNA deep sequencing (UV-CLIP) identified as-sociations of ProQ with 16 sRNAs and 166 mRNAs encoding a variety of biological functions and thus revealed ProQ as another global RBP in meningococci. It could be shown that meningococcal ProQ predominantly binds to highly structured RNA regions including DNA uptake sequences (DUS) and rho-independent transcription terminators and stabilizes many of its RNA targets as proved by rifampicin stability experiments. As expected from the large suite of ProQ-bound RNAs, proQ deletion globally affects both gene and protein expression in N. meningitidis, changing the expression levels of at least 244 mRNAs and 80 proteins. Phenotypic analyses suggested that ProQ promotes oxida-tive stress tolerance and UV damage repair capacity, both of which are required for full virulence of N. meningitidis. Together, this work uncovers the co-existence of two major post-transcriptional regulons, one governed by ProQ, the other by Hfq, in N. meningitidis. It further highlights the role of these distinct RBPs and its associated sRNAs to bacterial virulence and indicates that riboregulation is likely to contribute to the way how meningococci adapt to different host niches. / Neisseria meningitidis (N. meningitidis) ist ein kommensal lebendes Bakterium, welches unter nicht vollständig geklärten Bedingungen auch lebensbedrohliche Infektionen im Menschen wie bakterielle Meningitis und Sepsis verursachen kann. Obwohl experimentell nachgewiesen wurde, dass die Expression kleiner, nicht kodierender RNAs (sRNAs) so-wie des RNA-Chaperons Hfq in Meningokokken physiologisch relevant ist, blieb der Ein-fluss der RNA-basierten Genregulation (Riboregulation) auf die Fitness und Virulenz von N. meningitidis bisher unvollständig verstanden. Daher befasste sich diese Studie durch Kombination verschiedener Hochdurchsatz-Technologien mit dieser Fragestellung. Es wurde differentielle RNA-Sequenzierung (dRNA-seq) angewendet, um das primäre Transkriptom des N. meningitidis Stamms 8013 möglichst genau zu kartieren. Die durch-geführte dRNA-seq-Analyse detektierte 1.625 Transkriptionsstartstellen (TSS) einschließ-lich 65 potentieller sRNAs. Durch Anwendung von Northern-Blot-Analysen konnten an-schließend 20 sRNAs experimentell validiert werden. Darüber hinaus wurde durch Ko-Immunopräzipitation mit Hfq (RIP-seq) ein großes, Hfq-zentriertes, post- transkripti-onelles regulatorisches Netzwerk identifiziert, welches 23 sRNAs und 401 mRNAs um-fasst. Rifampicin-Stabilitätsversuche zeigten, dass durch Hfq-Bindung die Stabilität die-ser sRNAs erhöht wird. Basierend auf diesen Daten konnte die Interaktion zwischen zweier Hfq-gebundener paraloger sRNAs und der prpB mRNA sowohl in vivo als auch in vitro bestätigt werden. Beide sRNAs reprimieren die Translation des PrpB-Genes, wel-ches für eine Methylisocitratlyase kodiert und wahrscheinlich die Kolonisation des menschlichen Nasopharynxs durch Meningokokken begünstigt. Neben dem ausführlich charakterisierten RNA-Chaperon Hfq wurden Proteine mit FinO-Domäne kürzlich als eine neue Familie von RNA-bindenden Proteinen (RBPs) mit regula-torischen Funktionen in verschiedenen Bakterien identifiziert. Sie weisen eine große Bandbreite regulierter Gene auf: Während das Plasmid-kodierte FinO-Protein nur ein ein-zelnes RNA-Paar bindet, stellt das enterobakterielle ProQ-Protein ein globales RBP dar. Um die Wirkungsweise dieser RBP-Familie besser zu verstehen, wurde in vivo untersucht, wie viele RNAs mit dem minimalen ProQ-Protein in N. meningitidis assoziiert sind. Durch Kombination von UV-Crosslinken mit RNA-Sequenzierung (UV-CLIP) konnte die Bin-dung von 16 sRNAs und 166 biologisch diverser mRNAs mit ProQ identifiziert werden, welches daher ebenfalls ein globales RBP in Meningokokken darstellt. Es konnte gezeigt werden, dass ProQ vorwiegend RNA-Regionen mit ausgeprägter Sekundärstruktur bin-det, darunter DNA-Aufnahmesequenzen (DUS) und Rho-unabhängige Transkriptions-terminatoren. Die ProQ-Bindung führt dabei häufig zur Stabilisation der RNAs, was durch Rifampicin-Stabilitätsexperimente nachgewiesen wurde. Wie aufgrund der großen Zahl ProQ-gebundener RNAs zu erwarten, beeinflusste die Deletion des ProQ Proteins die zelluläre Expression von mindestens 244 mRNAs und 80 Proteinen. Phänotypische Analysen deuten darauf hin, dass ProQ sowohl die Toleranz gegenüber oxidativem Stress als auch die Reparatur von DNA-Schäden reguliert, die beide für die vollständige Viru-lenz von N. meningitidis von Bedeutung sind. Zusammenfassend beschreibt diese Arbeit die Koexistenz von zwei großen posttranskrip-tionellen Regulons in N. meningitidis, von denen eines von ProQ und das andere von Hfq kontrolliert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle beider RBPs und ihrer assozi-ierten sRNAs für die bakterielle Virulenz verdeutlicht und hervorgehoben, dass Riboregu-lation sehr wahrscheinlich dazu beiträgt, wie sich Meningokokken an verschiedene Wirts-nischen anpassen.

The obligate human pathogen Neisseria meningitidis is a major cause of sepsis and meningitis worldwide. It affects mainly toddlers and infants and is responsible for thousands of deaths each year. In this study, different aspects of the importance of sphingolipids in meningococcal pathogenicity were investigated. In a first step, the acid sphingomyelinase (ASM), which degrades membrane sphingomyelin to ceramide, was studied in the context of meningococcal infection. A requirement for ASM surface activity is its translocation from the lysosomal compartment to the cell surface, a process that is currently poorly understood. This study used various approaches, including classical invasion and adherence assays, flow cytometry, and classical and super resolution immunofluorescence microscopy (dSTORM). The results showed that the live, highly piliated N. meningitidis strain 8013/12 induced calcium-dependent ASM translocation in human brain microvascular endothelial cells (HBMEC). Furthermore, it promoted the formation of ceramide-rich platforms (CRPs). In addition, ASM translocation and CRP formation were observed after treating the cells with pili-enriched fractions derived from the same strain. The importance for N. meningitidis to utilize this pathway was shown by the inhibition of the calcium-dependent ASM translocation, which greatly decreased the number of invasive bacteria. I also investigated the importance of the glycosphingolipids GM1 and Gb3. The results showed that GM1, but not Gb3, plays an important role in the ability of N. meningitidis to invade HBMEC. By combining dSTORM imaging and microbiological approaches, we demonstrated that GM1 accumulated prolifically around bacteria during the infection, and that this interaction seemed essential for meningococcal invasion. Sphingolipids are not only known for their beneficial effect on pathogens. Sphingoid bases, including sphingosine, are known for their antimicrobial activity. In the last part of this study, a novel correlative light and electron microscopy approach was established in the combination with click chemistry to precisely localize azido-functionalized sphingolipids in N. meningitidis. The result showed a distinct concentration-dependent localization in either the outer membrane (low concentration) or accumulated in the cytosol (high concentration). This pattern was confirmed by mass spectrometry on separated membrane fractions. Our data provide a first insight into the underlying mechanism of antimicrobial sphingolipids. / Der obligate Humanpathogen Neisseria meningitidis ist weltweit einer der Hauptursachen für Sepsis und Meningitis. Er befällt vor allem Kleinkinder und Säuglinge und ist jedes Jahr für Tausende von Todesfällen verantwortlich. In dieser Studie wurden verschiedene Aspekte der Bedeutung von Sphingolipiden bei der Pathogenität von Meningokokken untersucht. In einem ersten Schritt wurde die saure Sphingomyelinase (ASM), die Membran-Sphingomyelin zu Ceramid abbaut, im Zusammenhang mit einer Meningokokken-Infektion untersucht. Eine Voraussetzung für die Oberflächenaktivität der ASM ist ihre Translokation vom lysosomalen Kompartiment auf die Zelloberfläche, ein Prozess, der derzeit noch wenig verstanden wird. In dieser Studie wurden verschiedene Ansätze verwendet, darunter klassische Invasions- und Adhärenztests, Durchflusszytometrie sowie klassische und superauflösende Immunfluoreszenzmikroskopie (dSTORM). Die Ergebnisse zeigten, dass der lebende, hochpiliatisierte N. meningitidis Stamm 8013/12 eine kalziumabhängige ASM-Translokation in mikrovaskulären Endothelzellen des menschlichen Gehirns (HBMEC) induzierte. Des Weiteren förderte er die Bildung Ceramid-reicher Plattformen (CRPs). Zusätzlich wurden ASM-Translokation und CRP-Bildung beobachtet, nachdem die Zellen mit pili-angereicherten Fraktionen desselben Stammes behandelt worden waren. Die Bedeutung für N. meningitidis in der Pathogenese zeigte sich durch die Hemmung der Calcium-abhängigen ASM-Translokation, wodurch die Zahl der invasiven Bakterien stark reduziert wurde. Ich untersuchte auch die Bedeutung der Glykosphingolipide GM1 und Gb3. Die Ergebnisse zeigten, dass GM1, aber nicht Gb3, eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit von N. meningitidis spielt, in Gehirnendothelzellen einzudringen. Durch die Kombination von dSTORM-Bildgebung und mikrobiologischen Ansätzen konnten wir zeigen, dass sich GM1 während der Infektion vermehrt um die Bakterien herum anreicherte und dass diese Interaktion für die Invasion von Meningokokken essenziell ist. Sphingolipide sind nicht nur für ihre positive Wirkung auf Krankheitserreger bekannt. Sphingoidbasen, einschließlich Sphingosin, sind zusätzlich für ihre antimikrobielle Aktivität bekannt. Im letzten Teil dieser Studie wurde ein neuartiger korrelativer licht- und elektronenmikroskopischer Ansatz in der Kombination mit Click-Chemie etabliert, um azidofunktionalisierte Sphingolipide in N. meningitidis genau zu lokalisieren. Das Ergebnis zeigte eine deutliche konzentrationsabhängige Lokalisation entweder in der äußeren Membran (niedrige Konzentration) oder akkumuliert im Zytosol (hohe Konzentration). Dieses Muster konnte durch einen Massenspektrometrischen Ansatz bestätigt werden. Hierfür wurde eine Separation der inneren und äußeren Membran, nach Behandlung mit der niedrigen Konzentration, etabliert. Die verschiedenen Membranfraktionen wurden anschließend auf ihren Gehalt an funktionalisierten Sphingolipiden hin untersucht und bestätigten die lokalisierung in der äußeren Membran. Unsere Daten geben einen ersten Einblick in den zugrundeliegenden Mechanismus der antimikrobiellen Sphingolipide.

During infection, bacteria need to adapt to a changing environment and have to endure various stress conditions. Small non-coding RNAs are considered as important regulators of bacterial gene expression and so allow quick adaptations by altering expression of specific target genes. Regulation of gene expression in the human-restricted pathogen Neisseria gonorrhoeae, the causative agent of the sexually transmitted disease gonorrhoea, is only poorly understood. The present study aims a better understanding of gene regulation in N. gonorrhoeae by studying small non-coding RNAs. The discovery of antisense RNAs for all opa genes led to the hypothesis of asRNA-mediated degradation of out-of-frame opa transcripts. Analysis of asRNA expression revealed a very low abundance of the transcripts and inclusion of another phase-variable gene in the study indicates that the asRNAs are not involved in degradation of out-of-frame transcripts. This doctoral thesis focuses on the analysis of trans-acting sRNAs. The sibling sRNAs NgncR_162 and NgncR_163 were discovered as post-transcriptional regulators altering expression of genes involved in metabolic processes, amino acid uptake and transcriptional regulation. A more detailed analysis by in silico and transcriptomic approaches showed that the sRNAs regulate a broad variety of genes coding for proteins of central metabolism, amino acid biosynthesis and degradation and several transport processes. Expression levels of the sibling sRNAs depend on the growth phase of the bacteria and on the growth medium. This indicates that NgncR_162 and NgncR_163 are involved in the adaptation of the gonococcal metabolism to specific growth conditions. This work further initiates characterisation of the sRNA NgncR_237. An in silico analysis showed details on sequence conservation and a possible secondary structure. A combination of in silico target prediction and differential RNA sequencing resulted in the identification of several target genes involved in type IV pilus biogenesis and DNA recombination. However, it was not successful to find induction conditions for sRNA expression. Interestingly, a possible sibling sRNA could be identified that shares the target interaction sequence with NgncR_237 and could therefore target the same mRNAs. In conclusion, this thesis provides further insights in gene regulation by non-coding RNAs in N. gonorrhoeae by analysing two pairs of sibling sRNAs modulating bacterial metabolism or possibly type IV pilus biogenesis. / Bakterien müssen sich während des Infektionsprozesses an eine sich veränderte Umgebung anpassen und sind dabei zahlreichen Stressfaktoren ausgesetzt. Kleine, nicht-kodierende RNAs gelten als wichtige Regulatoren der bakteriellen Genexpression und ermöglichen daher eine schnelle Anpassung durch eine Veränderung der Expression spezifischer Ziel-Gene. Die Regulation der Genexpression des Humanpathogens Neisseria gonorrhoeae, Auslöser der Geschlechtskrankheit Gonorrhö, ist bis jetzt kaum verstanden. Die vorliegende Studie soll durch die Analyse kleiner, nicht-kodierender RNAs zum besseren Verständnis der Genregulation in Gonokokken beitragen. Durch die Entdeckung von antisense-RNAs für alle opa Gene wurde die Hypothese entwickelt, dass diese für den Abbau von opa Transkripten außerhalb des Leserahmens verantwortlich sind. Eine Analyse der asRNA Expression zeigte jedoch, dass diese sehr wenig exprimiert werden und auch die Untersuchung eines anderen phasenvariablen Gens weist darauf hin, dass die asRNAs keine Bedeutung für den Abbau von Transkripten außerhalb des Leserahmens haben. Der Schwerpunkt der Doktorarbeit liegt auf der Untersuchung trans-codierter sRNAs. Die Zwillings-sRNAs NgncR_162 und NgncR_163 agieren als post-transkriptionelle Regulatoren, die die Expression von Genen verändern, die bei Stoffwechselprozessen, Aminosäureaufnahme und transkriptioneller Regulation eine Rolle spielen. Eine detailliertere Analyse durch in silico- und Transkriptom-Studien zeigte, dass die sRNAs ein großes Spektrum an Genen regulieren, die für Proteine des Zentralstoffwechsels, der Aminosäurebiosynthese und des –abbaus, sowie zahlreicher Transportprozesse kodieren. Die Expressionslevel der Zwillings-sRNAs hängen von der Wachstumsphase der Bakterien und dem Wachstumsmedium ab. Das weist darauf hin, dass NgncR_162 und NgncR_163 eine Rolle bei der Adaptation des Stoffwechsels von Gonokokken zu bestimmten Wachstumsbedingungen spielen. In dieser Arbeit wird zudem die Charakterisierung der sRNA NgncR_237 initiiert. Im Rahmen von in silico Analysen wurde die Sequenzkonservierung und mögliche Sekundärstruktur untersucht. Eine Kombination aus in silico Zielgen-Vorhersage und differentieller RNA Sequenzierung führte zur Identifizierung zahlreicher Zielgene, die in der Biogenese von Typ IV Pili und DNA Rekombination eine Rolle spielen. Allerdings konnten keine Induktionsbedingungen für die sRNA Expression gefunden werden. Interessanterweise konnte eine mögliche Zwillings-sRNA identifiziert werden, die dieselbe Targetinteraktionsdomäne wie NgncR_237 hat und somit dieselben Zielgene regulieren könnte. Zusammenfassend ermöglicht diese Arbeit neue Einblicke in die Genregulation durch nicht-kodierende RNAs in Gonokokken, indem zwei Paare Zwillings-sRNAs analysiert wurden, die den bakteriellen Stoffwechsel anpassen oder möglicherweise eine Rolle in der Typ IV Pilus Biogenese spielen.

The gram-negative diplococcus Neisseria meningitidis (Nme) is a frequent human-specific, commensal bacterium of the upper respiratory tract. Under certain conditions especially in infants, meningococci can translocate into the bloodstream and cause invasive meningococcal disease (IMD) manifesting as meningitis or sepsis or a combination of both. IMD is feared for its rapid progression and high fatality rate if it remains untreated. IMD affects up to one million people annually causing substantial morbidity and mortality worldwide. It is well-established that the complement system is an important protective factor in meningococcal disease through opsonization of bacteria with C3b and the lytic activity of the membrane attack complex although the inflammatory C5a/C5aR1 axis can aggravate IMD. The role of neutrophil granulocytes in meningococcal infection is less clear despite their abundant recruitment throughout the course of disease. This study aimed to characterize neutrophil responses to Nme in vitro and the influence of complement on these responses. In infection assays with whole blood and isolated PMNs, effective binding, internalization and killing of Nme by neutrophils was demonstrated. A significant complement-dependence of neutrophil phagocytosis and oxidative burst was observed. The opsonizing and lytic pathway of the complement cascade were found to be most relevant for these responses since blockade of C3 using inhibitor Compstatin Cp20 reduced phagocytosis and oxidative burst significantly more than the blockade of the inflammatory branch with C5aR1-antagonist PMX53. Opsonization with specific antibodies could not replicate the effect of complement activation indicating that engagement of neutrophil complement receptors, particularly complement receptor 3, is involved. Other neutrophil effector functions such as degranulation and IL-8 release were activated in a complement-independent manner implying activation by other inflammatory signals. Considering existing evidence on the overall protective effect of PMNs, further studies investigating the contribution of each neutrophil effector function to infection survival in vivo are required. Ideally, this should be studied in a murine meningitis or sepsis model in the context of complement activation. / Der Gram-negative Diplokokkus Neisseria meningitidis (Nme) ist ein weit verbreitetes, human-spezifisches, kommensales Bakterium des oberen Respirationstraktes. Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere bei Kleinkindern, können Meningokokken in die Blutbahn translozieren und eine invasive Meningokokkenerkrankung (IMD) auslösen, die sich als Meningitis, Sepsis oder eine Kombination beider Krankheitsbilder manifestiert. IMD werden aufgrund ihrer raschen Progression und ohne Behandlung hohen Letalität gefürchtet. IMD betreffen jährlich bis zu einer Million Menschen weltweit mit substanzieller Morbidität und Mortalität. Es ist bekannt, dass das Komplement-system bei IMD als protektiver Faktor durch die Opsonisierung von Nme mit C3b und Lyse mittels Membranangriffskomplex wirkt, obwohl die inflammatorische C5a/C5aR1-Achse die Erkrankung aggravieren kann. Die Rolle neutrophiler Granulozyten (PMNs) bei IMD bleibt hingegen kontrovers, obwohl eine starke Rekrutierung dieser Zellen stattfindet. Diese Studie charakterisiert die Reaktionen neutrophiler Granulozyten auf Nme in vitro und deren Modulation durch Komplement. In Infektionsassays mit Vollblut und isolierten PMNs konnte die Bindung, Internalisierung und Elimination von Nme durch PMNs demonstriert werden. Oxidativer burst und Phagozytose zeigten dabei eine ausgeprägte Abhängigkeit von Komplement. Die opsonisierende und lytische Wirkung von Komplement erwiesen sich dabei als relevant für diese Funktionen, da die Blockade von C3 durch den Inhibitor Compstatin Cp20 Phagozytose und oxidativen Burst signifikant stärker reduzierte als die Blockade der Inflammation durch C5a mittels C5aR1-Antagonist PMX53. Die Opsonisierung mit spezifischen Antikörpern konnte den Effekt der Komplementaktivierung nicht replizieren, was auf eine Signalvermittlung durch Komplementrezeptoren insbesondere CR3 hindeutet. Andere Effektorfunktionen wie Degranulation und IL-8 Freisetzung waren komplementunabhängig, was auf deren Initiierung durch andere inflammatorische Signale hindeutet. In Anbetracht bestehender Evidenz für einen insgesamt protektiven Effekt von PMN sind weitere Studien nötig, die den Effekt der einzelnen Effektorfunktionen auf das Outcome in vivo untersuchen. Besonders geeignet wäre dafür ein murines Sepsis oder Meningitis-Modell.

Die Prävalenz von Infektionen mit Neisseria gonorrhoeae (NG) bei HIV-positiven Patientinnen und Patienten einer auf HIV-Infektionen spezialisierten Klinik in Mwanza im Nordwesten Tansani- as erwies sich mit 0,4% bei Männern und 3,9% bei Frauen als relativ niedrig. In dieser aktuellen Studie gab es unter Verwendung molekularer Antibiotikaresistenz(AMR)-Tests keine Hinweise auf eine Resistenz gegen Cephalosporine der dritten Generation. Weitere Kontrollen und Entwicklungen von NG- und AMR-Tests müssen implementiert werden. Molekulare Diagnoseverfahren auf der Basis von Urinproben als diagnostisches Material zum Nachweis von NG weisen wesentliche Vorteile für das Screening auf. Die Durchführung eines Urinstreifentests hatte keinen positiven Vorhersagewert bezüglich einer Infektion mit NG oder einer AMR. Künftige Untersuchungen sind anzuregen, um einerseits eine exaktere Angabe der Prävalenzraten und Risikofaktoren von Infektionen mit NG sowie deren Resistenzlage zu ermöglichen und andererseits eine effizientere Versorgung bzw. Behandlung der Gonorrhoe gewährleisten zu können. / The prevalence of Neisseria gonorrhoeae (NG) infections in HIV-positive patients at a clinic specializing in HIV infection in Mwanza, northwestern Tanzania, was found to be relatively low, 0.4% in men and 3.9% in women. In this current study, using molecular antibiotic resistance testing, there was no evidence of resistance to third-generation cephalosporins. Future studies should be encouraged, both to provide a more accurate indication of the prevalence rates and risk factors of infections with NG and their resistance status, and to ensure more effective treatment of gonorrhea.

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Neisseria meningitidis is a facultatively pathogenic human commensal and strictly adapted to its niche within the human host, the nasopharynx. Not much is known about the regulatory processes required for adaptation to this environment. Therefore the role of the transcriptional regulator NMB1843, one of the two predicted regulators of the MarR family in the meningococcal genome, was investigated. As this gene displayed a high sequence homology to FarR, the Fatty acid resistance Regulator in N. gonorrhoeae, we designated the meningococcal protein FarR (NmFarR). Homology modeling of this protein revealed a dimeric structure with the characteristic winged helix-turn-helix DNA binding motif of the MarR family. NmFarR is highly conserved among meningococcal strains and expression of farR during exponential growth is controlled post-transcriptionally, being highest in the late exponential phase. By means of electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) the direct and specific binding of FarR to the farAB promoter region was shown, comparable to its homologue in gonococci. As FarR is involved in fatty acid resistance in N. gonorrhoeae, susceptibility assays with the medium chain lauric acid (C12:0), the long chain saturated palmitic acid (C16:0) and the long chain unsaturated linoleic acid (C18:2) were performed, testing a wide variety of strains of both species. In contrast to the unusually susceptible gonococci, a high intrinsic fatty acid resistance was detected in almost all meningococcal isolates. The molecular basis for this intrinsic resistance in N. meningitidis was elucidated, showing that both a functional FarAB efflux pump system as well as an intact lipopolysaccharide (LPS) are responsible for palmitic acid resistance. However, even despite circumvention of the intrinsic resistance, FarR could not be connected with fatty acid resistance in meningococci. Instead, FarR was shown to directly and specifically repress expression of the Neisseria adhesin A (nadA), a promising vaccine candidate absent in N. gonorrhoeae. Microarray analyses verified these results and disclosed no further similarly regulated genes, rendering the FarR regulon the smallest regulon in meningococci reported until now. The exact FarR binding site within the nadA promoter region was identified as a 16 bp palindromic repeat and its influence on nadA transcription was proved by reporter gene fusion assays. This repression was also shown to be relevant for infection as farR deficient mutant strains displayed an increased attachment to epithelial cells. Furthermore, farR transcription was attested to be repressed upon contact with active complement components within human serum. Concluding, it is shown that FarR adopted a role in meningococcal host niche adaptation, holding the balance between immune evasion by repressing the highly antigenic nadA and host cell attachment via this same adhesin. / Neisseria meningitidis ist ein fakultativ pathogener menschlicher Kommensale und eng an die Bedingungen seiner spezifischen Nische, den Nasopharynx, angepasst. Über die regulatorischen Mechanismen, die für diese Anpassung vonnöten sind, ist nicht viel bekannt. Daher wurde die Rolle des Transkriptionsregulators NMB1843 untersucht, eines der beiden prognostizierten Regulatoren der MarR Familie im Meningokokken-Genom. Aufgrund einer hohen Sequenzhomologie dieses Gens zu FarR, dem Fatty acid resistance Regulator in N. gonorrhoeae, nannten wir das Meningokokken-Protein ebenfalls FarR (NmFarR). Homologie-Modellierung dieses Proteins ergab eine dimere Struktur mit dem charakteristischen winged helix-turn-helix DNA-Bindemotiv der MarR Familie. Es wurde gezeigt, dass NmFarR in Meningokokken-Stämmen hochkonserviert ist. Die Expression von farR wird während des exponentiellen Wachstums posttranskriptional kontrolliert und erreicht ihren Höchststand in der spätexponentiellen Phase. Wie bei seinem Homolog in Gonokokken konnte die direkte und spezifische Bindung von FarR an die farAB Promotorregion nachgewiesen werden. Da FarR in N. gonorrhoeae an der Fettsäureresistenz beteiligt ist, wurde die Suszeptibilität einer großen Auswahl von Stämmen beider Spezies gegenüber drei unterschiedlichen Fettsäuren getestet: Laurinsäure (C12:0), Palmitinsäure (C16:0) und Linolsäure (C18:2). Im Gegensatz zu den ungewöhnlich sensitiven Gonokokken konnte eine hohe inhärente Fettsäureresistenz in fast allen Meningokokken-Isolaten beobachtet werden. Nach Analyse der molekularen Grundlage dieser Resistenz konnte gezeigt werden, dass sowohl eine funktionale FarAB Efflux-Pumpe als auch ein intaktes Lipopolysaccharid (LPS) für die Palmitinsäureresistenz verantwortlich sind. Trotz Umgehung der inhärenten Resistenz konnte keine Verbindung von FarR mit Fettsäureresistenz in Meningokokken hergestellt werden. Stattdessen reprimiert FarR direkt und spezifisch die Expression des Neisseria Adhäsins A (nadA), eines vielversprechenden Impfstoffbestandteils. Microarrays bestätigten diese Ergebnisse, zeigten aber keine weiteren ähnlich regulierten Gene auf. Somit ist das FarR-Regulon das bisher kleinste Regulon in Meningokokken. Die genaue FarR-Bindestelle innerhalb des nadA Promotors wurde als ein 16 bp Palindrom identifiziert und dessen Einfluss auf die Transkription von nadA mittels Reportergenanalysen gezeigt. Auch in Infektionsversuchen wurde die Relevanz dieser Repression deutlich, da ein farR-deletierter Stamm eine höhere Adhärenz an Epithelzellen aufwies. Die Transkription von farR sank nach Kontakt mit aktiven Komplementbestandteilen aus humanem Serum. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass FarR eine Rolle in der Nischenadaptation von Meningokokken zukommt, indem er zwischen Immunevasion durch Repression des hoch-immunogenen nadA und Wirtszelladhäsion durch eben dieses Adhäsin vermittelt.

Objetivos: Analisar a tendência, descrever mudanças no comportamento da doença meningocócica invasiva (DMI) e estimar o impacto da vacina conjugada do meningococo C (VCMC) nas capitais da região Sul do Brasil, no período de 1991 a 2015, assim como, investigar as características sociodemográficas, econômicas e de intervenções tecnológicas associadas aos casos pertencentes a cluster da doença no município de Curitiba (PR), no período de 2001 a 2014. Métodos: As áreas de estudo englobaram as capitais da Região Sul do Brasil: Curitiba (PR), Florianópolis (SC) e Porto Alegre (RS), a população de estudo abrangeu os casos de DMI notificados entre 1991 a 2015 à vigilância da doença e residentes nessas capitais. A definição de caso adotada foi a padronizada pelo Ministério da Saúde. As fontes de dados foram: vigilância da DMI, o Instituto Adolfo Lutz, o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística e o Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Curitiba. A tendência da incidência e mortalidade da DMI foi determinada pelo modelo de regressão polinomial. A intensidade e a direção da relação linear entre a taxa de incidência e os indicadores socioeconômicos, de saúde e sorogrupo foram analisadas pelo coeficiente de correlação de Pearson. O impacto da VCMC foi estimado pela Fração Prevenida na População, comparando as taxas de incidência de 2012 e 2015 com as de 2009. Investigou-se os potenciais fatores associados a casos pertencentes a cluster no período de 2001 a 2014 por meio das estimativas de odds ratio não ajustada e ajustadas pela regressão logística múltipla não condicional, com os respectivos intervalos de confiança de 95%. Resultados: No período de estudo, a DMI apresentou três comportamentos distintos nas capitais da região sul: i) epidêmico na década de 1990, ii) declínio das taxas na década de 2000, antes da introdução da VCMC na rotina de imunização e, iii) estacionário com taxas baixas entre 2011 e 2015, sob a influência da VCMC. Observamos nesses períodos a influência de fatores biológicos, socioeconômicos e de saúde na incidência dessas capitais. No estudo mais detalhado em Curitiba, apresentou-se associado aos casos pertencentes a cluster, ajustados no tempo e pela idade, residir em bairros de baixa renda (OR: 2,3, IC95%:1,1-4,5). O sorogrupo predominante foi o B com 65,4%, seguida pelo C com 24,5% e 8,3% pelo W. Possivelmente, em virtude da baixa incidência do sorogrupo C, não se verificou a redução na incidência total da DMI, nestas capitais. Entretanto, no período posterior a VCMC, os casos pelo sorogrupo C foram raros ou zerados na faixa etária destinada a vacinação em Curitiba e Florianópolis. Em Porto Alegre foram registrados casos pelo sorogrupo C na faixa etária vacinada e o sorogrupo W se destacou. Conclusão: A partir do início desse século houve declínio expressivo da incidência da DMI nas capitais da região Sul do país, antes mesmo da introdução da vacina, aproximando-se das taxas de DMI encontradas em países de elevada renda. Tais resultados são consistentes, com trabalhos que mostram uma associação da DMI com as condições de vida e grau de desenvolvimento das populações. / Objectives: To analyze the trend and describe changes in the epidemiology of invasive meningococcal disease (IMD) and to estimate the impact of the meningococcal conjugate C vaccine (MCCV) in the capitals of the southern region of Brazil, from 1991 to 2015, as well as to investigate the sociodemographic, economic and technological interventions associated to the cases belonging in cluster of the disease in the city of Curitiba (PR), from 2001 to 2014. Methods: The study areas included the capitals of the States of Southern Brazil: Curitiba (PR), Florianópolis (SC) and Porto Alegre (RS), the study population considered cases of IMD reported between 1991 and 2015 to surveillance and residents in these capitals. The IMD case definition adopted was that standardized by the Ministry of Health. The data sources were the surveillance of the IMD, the Adolfo Lutz Institute, the Brazilian Institute of Geography and Statistics and the Institute of Research and Urban Planning of Curitiba. The trend of IMD incidence and mortality was determined by the polynomial regression model. The intensity and direction of the linear relationship between the incidence rate and socioeconomic indicators, health and serogroup were analyzed by the Pearson correlation coefficient. The impact of the MCCV was estimated by the Prevented Fraction for the Population comparing the incidence rates of 2012 and 2015 with those of 2009. We investigated the potential factors associated with cases belonging in cluster between 2001 and 2014 by the unadjusted and adjusted odds ratio estimates by the multiple unconditional logistic regression, with the respectives confidence intervals of 95%. Results: Between 1991 and 2015, IMD presented three distinct periods in the capitals of the southern region: i) epidemic in the 1990s, ii) decline in rates from 2000 to 2010, before the introduction of MCCV in immunization routine and (iii) stationary at low rates in 2011 to 2015, under the influence of MCCV. In this period, we observed the influence of biological, socioeconomic and health factors on the incidence of these capitals. In more detailed study in Curitiba, it was associated with cases belonging in cluster, adjusted in time and by age, to live in low-income neighborhoods (OR: 2.3, 95% CI: 1.1-4.5). Serogroup B was predominant with 65,4%, followed by C with 24,5% and 8,3% by W. Possibly, due to the low incidence of serogroup C, there was no reduction in the total incidence of IMD in these capitals. However, *in the period after MCCV, serogroup C cases were rare or zero in the age group destinedfor vaccination in Curitiba and Florianópolis. In Porto Alegre, cases were registered by serogroup C in the vaccinated age group and serogroup W was relevant. Conclusion: From the beginning of this century there was a significant decline in the incidence of IMD in the capitals of the southern region of the country, even before the introduction of the vaccine, approaching IMD rates found in high income countries. These results are consistent, with studies showing an association of IMD with living conditions and the degree of population development.

Comparamos os resultados obtidos por meio de sorotipagem com o painel de mAbs acrescido dos mAbs para os sorotipos 7 e 10 , produzidos pelo Instituto Adolfo Lutz com os resultados obtidos pela ribotipagem. O estudo incluiu 95 cepas pertencentes ao sorogrupo B que expressaram o sorotipo 4, representados pelos fenótipos B:4; B;4,1; B:4,7; B:4,10 e B:4,21. A ribotipagem utilizando a endonuclease de restrição C/a\\ dividiu as cepas em dez ribotipos e a endonuclease EcoRV em outros cinco padrões. Quando os padrões de bandas foram combinados, formaram-se 12 ribotipos (Rb A-L). Ribotipos com 85% de similaridade entre as bandas foram combinados em grupos, Rb-1, incluindo os ribotipos C e D (sorotipo B:4,10) e Rb-2, incluindo os ribotipos A, B, E, F e I (sorotipo B:4,7). O Rb-H (sorotipo B:4,1) e Rb-G (sorotipo B:4,21) representaram distintos ribotipos diferindo dos dois primeiros grupos por mais de 25% de diferença entre as bandas. Nossos resultados sugerem que a caracterização de múltiplos epítopos de sorotipo podem melhorar a correlação entre o método fenotípico e genotípico para cepas de meningococo sorogrupo B. / The purpose of this study was to assess the correlation between phenotypic- and genotypic- methods for typing Neisseria meningitidis. We compare the results obtained by serotyping of PorB epitopes using an expanded panel of monoclonal antibodies (MAb) including MAb 7 and MAb 10, with results obtained by RFLP of rRNA genes (ribotyping). The study included a total of 95 serogroup B strains that express epitope 4 representing the phenotypes B:4; B:4,1; B:4,7; B:4, 10, and B:4,21. The ribotypes obtained using C/ai or EcoRV endonucleases divided the strains into ten and five different patterns, respectively. When banding patterns for the two enzymes were combined, twelve unique ribotypes were obtained (Rb A-L). Particular ribotypes with ≥ 85% identical bands were combined into groups, RbGroup1, including Rbs C and D (B:4,10 strains), and RbGroup-2 including Rbs A, B, E, F, and I (B:4,7 strains). The Rb-H (B:4,1 strains) and Rb-G (B:4,21 strains) represent distinct ribotypes differing from the first two groups by more than 25% of band mismatches. The phenotypic characterization of more than one PorB VR epitope on the same PorB protein was able to divide our collection of B:4 strains in groups of strains genetic related. This additional characterization of PorB epitopes improved the correlation between these two methods of typing N.meningitidis.

Padronizou-se a PCR-Multiplex para a detecção do DNA de Neisseria meningitidis. Para tanto os primers escolhidos foram: RW01, DG74 e COR28 baseados na subunidade menor do ribossomo (16S rRNA) que apresenta regiões de seqüências conservadas encontradas em todas as bactérias conhecidas. Os primers RW01 e DG74 amplificaram o fragmento universal bacteriano de 370 bp e, os primers RW01 e COR28, o fragmento específico de N. meningitidis de 279 bp em uma única etapa. Os resultados obtidos nas amostras de LCR de 168 pacientes pelos métodos de cultura e PCR-Multiplex quando comparados à bacterioscopia mostraram que tal técnica apresentou alta sensibilidade (91,3%) no estudo de amostras de LCR de bacterioscopia positiva, enquanto que a cultura apresentou resultados menores (19,7%). Nas amostras de LCR com bacterioscopia negativa a sensibilidade da PCR-Multiplex (57,8%) também foi mais elevada do que da cultura (10%). Estes dados sugerem que a técnica aqui padronizada é altamente promissora para ser utilizada como método diagnóstico da meningite meningocócica, especialmente nos casos de pacientes submetidos à terapia antibiótica prévia. / The PCR-multiplex technique was standardized to detect N.meningitidis DNA. It was used universal primer for all bacteria showing sequence of minor subunit of 16S ribossome regions (RW01, DG74) by amplification of 370bp fragment and another (COR28) for specific sequence of N. meningitidis, amplifying 279bp fragment in one step. The results obtained in CSF samples of 168 patients by culture and PCR-Multiplex technique when compared with microscopy showed high sensitivity (91,3%) in samples with positive microscopy (81) to Gram negative diplococcus, however the culture presented only 19, 7% of positivity in the same samples. In other hand the CSF samples with negative bacterioscopy (67) the PCR-Multiplex sensitivity (57,8%) was higher to culture (10,0%) too. These data indicate a high sensitivity and specificity of PCR as a tool for a rapid diagnosis of meningococcal meningitis, mainly in that patient submitted to previous antibiotic therapy as in case of this work (90% of patients) besides the possibility of a rational practice of specific treatment.