Human norovirus (NoV) causes gastroenteritis worldwide and has been associated with a number of produce related outbreaks. The design of effective inactivation and prevention procedures requires an understanding of virus survival in environments applicable to the production and processing of fresh produce. To evaluate the extent of NoV risk from farm to fork, the survival of murine norovirus (MNV), a surrogate for human NoV, was studied on stainless steel disks, soil and in bottled water for 42 days and on lettuce for 15 days in the laboratory. Stability experiments were then conducted on farm during one lettuce planting/harvest cycle, for 4 weeks. MNV stability was tested at room temperature in the laboratory or under ambient conditions on the farm. A one log reduction in virus titre was achieved after 30 days in water, 4 days on lettuce, 15 days on stainless steel disks, 12 days on loamy and sandy soil. For farm testing, infectious virus was recovered from both soil and lettuce on the day of inoculation. Although infectious virus was not recovered at later time points, the viral genomes were detected for up to four weeks. The observed long-term persistence of NoV, under both laboratory and field conditions, provides valuable information for developing risk assessments and control procedures to limit the possibility for NoV transmission in the food supply.

Noroviruses are the major cause of acute viral gastroenteritis worldwide. Thus, rapid and reliable pathogen detection and control are crucial to avoid epidemic outbreaks. Peptides which bind to these viruses with high specificity and affinity could serve as small and stable recognition elements in biosensing applications for a point-of-care diagnostic of noroviruses. They can be identified by screening large phage display libraries using the biopanning technique. In the present study, this method was applied to identify norovirus-binding peptide motifs. For this purpose, a biopanning based on column chromatography was established, and three rounds of selections were performed. After the second round, the cosmix-plexing recombination technique was implemented to enhance the chance of obtaining peptides with very high affinity. Biopanning data evaluation was based on next-generation sequencing (NGS), to show that this innovative method can enable a detailed analysis of the complete sequence spectrum obtained during and after biopanning. Highly enriched motifs could be characterized by their large proportion of the amino acids W, K, R, N, and F. Neighbourhood analysis was exemplarily performed for selected motifs, showing that the motifs FAT, RWN, and KWF possessed the fingerprints with the largest differences relative to the original library. This thesis thus presents next-generation sequencing-based analysis tools, which could now be transferred to any other biopanning project. The identified peptide motifs represent promising candidates for a future examination of their norovirus-specific binding. A new option for testing such phage-target interactions in the context of biopanning selections was studied in the second part of the thesis. For this purpose, a phage-based microarray was developed as a miniaturized binding assay. As a prerequisite, the different immobilization behaviour of phages on positively and negatively charged surfaces was studied, and a non-contact printing technique for bacteriophages was developed. Subsequently, the interaction of phages and antibodies directed against phage coat proteins was characterized in enzyme-linked immunosorbent assays, and the protocol was successfully transferred to the non-contact printed phage spots. At the proof-of-concept level, the phage array could finally be integrated into a microfluidic setup, showing a higher signal-to-background ratio relative to the static phage array. These results point the way towards a microfluidic phage array, allowing online monitoring, automation, and parallelisation of the phage array analysis. / Noroviren gelten als Hauptursache akuter viraler Magen-Darm-Erkrankungen. Nur eine zeitnahe und verlässliche Detektion und Kontrolle dieser Pathogene kann epidemische Ausbrüche vermeiden. Um dies zu ermöglichen, könnten Peptide, die an diese Viren mit hoher Spezifität und Affinität binden, als kleine und stabile Erkennungselemente in biosensorischen Anwendungen eingesetzt werden. Solche Peptide können mithilfe der Biopanning-Technik identifiziert werden, die auf dem Screening großer Phagen-Display-Bibliotheken beruht. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Methode genutzt, um Norovirus-bindende Peptidmotive zu identifizieren. Dazu wurde ein auf Säulenchromatographie basierendes Biopanning entwickelt und drei Selektionsrunden durchgeführt. Die Cosmix-Plexing-Rekombinationstechnik wurde nach der zweiten Runde eingesetzt, um die Wahrscheinlichkeit der Gewinnung hochaffiner Binder zu erhöhen. Die Auswertung der Biopanningdaten erfolgte mittels Hochdurchsatzsequenzierung (Next-Generation Sequencing). Es konnte gezeigt werden, dass diese innovative Methode die detailierte Analyse des kompletten Sequenzspektrums während und nach dem Biopanning ermöglicht. Stark angereicherte Motive konnten durch ihren hohen Anteil an den Aminosäuren W, K, R, N und F charakterisiert werden. Eine Nachbarschaftsanalyse wurde exemplarisch für ausgewählte Motive durchgeführt. Dabei wurden die stärksten Unterschiede im Fingerprint im Vergleich zur Ausgangsbibliothek bei den Motiven FAT, RWN und KWF gefunden. Diese Dissertation stellt damit auf Next-Generation Sequencing basierende Analysetechniken vor, die für weitere Biopanningprojekte übernommen werden können. Die identifizierten Peptidmotive könnten als vielversprechende Kandidaten zukünftig auf ihre Norovirus-spezifische Bindung hin getestet werden. Eine neue Möglichkeit, solche Phagen-Analyt-Interaktionen zu untersuchen, wurde im zweiten Teil der Dissertation untersucht. Dafür wurde als miniaturisierter Bindungsassay ein Phagen-basiertes Mikroarray entwickelt. Als Voraussetzung wurde zunächst das unterschiedliche Immobilisierungsverhalten von Bakteriophagen auf positiv und negativ geladenen Oberflächen untersucht und eine kontaktfreie Drucktechnik für Bakteriophagen etabliert. Anschließend wurde die Interaktion von Phagen und gegen sie gerichteten Antikörpern in Enzym-gekoppelten Immunadsorptionstests charakterisiert und das Protokoll erfolgreich auf die kontaktfrei gedruckten Phagenspots übertragen. Schließlich wurde erstmals die grundsätzliche Möglichkeit gezeigt, das Array in ein mikrofluidisches Setup zu integrieren, was zu einem höheren Signal-zu-Hintergrund-Verhältnis im Vergleich zum statischen Array führte. Diese Ergebnisse zeigen damit den Weg zu einem mikrofluidischen Phagen-Array auf, das sowohl die Möglichkeit des Online-Monitorings als auch der Automatisierung und Parallelisierung der Phagen-Array-Analyse bietet.

Human norovirus (NoV) causes gastroenteritis worldwide and has been associated with a number of produce related outbreaks. The design of effective inactivation and prevention procedures requires an understanding of virus survival in environments applicable to the production and processing of fresh produce. To evaluate the extent of NoV risk from farm to fork, the survival of murine norovirus (MNV), a surrogate for human NoV, was studied on stainless steel disks, soil and in bottled water for 42 days and on lettuce for 15 days in the laboratory. Stability experiments were then conducted on farm during one lettuce planting/harvest cycle, for 4 weeks. MNV stability was tested at room temperature in the laboratory or under ambient conditions on the farm. A one log reduction in virus titre was achieved after 30 days in water, 4 days on lettuce, 15 days on stainless steel disks, 12 days on loamy and sandy soil. For farm testing, infectious virus was recovered from both soil and lettuce on the day of inoculation. Although infectious virus was not recovered at later time points, the viral genomes were detected for up to four weeks. The observed long-term persistence of NoV, under both laboratory and field conditions, provides valuable information for developing risk assessments and control procedures to limit the possibility for NoV transmission in the food supply.

Das murine Norovirus ist ein neu entdecktes Mitglied der Familie Caliciviridae. Bislang wurden vier Virusstämme beschrieben und charakterisiert (MNV1-4). In dieser Arbeit wurde erstmals die Prävalenz von MNV bei Labormäusen in Deutschland untersucht. Daraufhin wurden die neu detektierten Virusstämme anhand ihrer morphologischen, phylogenetischen und pathogenen Eigenschaften charakterisiert. In 55% der untersuchten 82 Kotproben wurde mittels real-time PCR die Ausscheidung von MNV nachgewiesen. Morphologische Untersuchungen bestätigten das Vorhandensein intakter Viruspartikel in den Proben, die auch genetisch als MNVs charakterisiert wurden. Phylogenetisch wurden die Viren in vier genetische Cluster eingruppiert, die sich sowohl untereinander als auch von den Stämmen MNV1-4 deutlich unterscheiden. Die Relevanz der Subklassifizierung von MNV wurde durch unterschiedliche Wachstumskinetiken und IFN-beta-Sensitivitäten divergenter Stämme funktional bekräftigt. Zudem konnten, basierend auf Sequenzdaten aus zwei subgenomischen Bereichen, rekombinante Virusstämme identifiziert werden. Durch Kokultivierung von MNV-Isolaten wurde homologe Rekombination von Noroviren erstmals in vitro simuliert. Beobachtungen von natürlich und experimentell infizierten Mäusen zeigten, dass der Stamm MNV-M21 in den Tieren eine persistierende Infektion induziert. Serologische Untersuchungen verdeutlichten, dass die Persistenz unabhängig von einer intakten und protektiven Immunantwort stattfand. Bestimmungen der ORF2-Sequenzen zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Infektion gaben Hinweise auf Antigendrift der hypervariablen P2-Domäne. Innerhalb dieser Domäne ist eine zwischen murinen und humanen Noroviren konservierte Proteinsequenz lokalisiert. Die antigenen Eigenschaften dieses Peptids wurden genauer untersucht. Generierte Antiseren zeigten Kreuzreaktivitäten gegenüber verschiedenen Norovirus-Kapsidproteinen. Zudem waren Peptidantikörper in der Lage eine MNV-Infektion in vitro zu neutralisieren. / The murine norovirus is a newly discovered member of the familiy Caliciviridae. So far, four strains have been described and characterised (MNV1-4). This is the first study on the prevalence of MNV among laboratory mice in Germany. Thereupon the detected new strains have been characterised considering morphologic, phylogenetic and pathogenic properties. Using real-time PCR, shedding of MNV has been found in 55% of 82 investigated faeces samples. Morphologic investigations confirmed the presence of intact virus particles within the samples, which genetically also have been characterised as MNVs. Phylogenetically these viruses have been grouped into four genetic clusters, which could be distinguished from each other and from strains MNV1-4. Relevance of MNV subtyping has been functionally corroborated through different growth kinetics and Interferon-beta sensitivities of divergent strains. Based on subtyping in two different subgenomic regions, recombinant strains have been identified. By cocultivation of MNV isolates, homologous recombination of noroviruses in vitro has been simulated for the first time. Studies of naturally and experimentally infected mice showed that strain MNV-M21 induce a persistent infection. Serological testings confirmed that the persistence occured independently of an intact and protective immune response. Determination of ORF2 sequences at different time points of infection indicated antigenic drift of the hypervariable P2 domain. A protein sequence stretch, which is conserved between murine and human noroviruses, is located within this domain. The antigenic features of this stretch have been investigated. Generated antisera against this peptide were crossreactive with different norovirus capsid proteins and were able to neutralize MNV infection in vitro.

<p>Uvod: Virusni gastrointestinalni sindrom je aktuelni zdravstveni problem u celom svetu. To važi kako u razvijenim zemljama, tako i u zemljama u razvoju, a posebno u nerazvijenim zemljama, gde je drugi po redu uzrok mortaliteta. Nagli početak bolesti, praćen pojavom velikog broja tečnih stolica, mukom, povraćanjem, bolovima u stomaku, temperaturom, malaksalo&scaron;ću, ima za posledicu dehidrataciju. U svim starosnim grupama obolelih, a naročito kod sasvim male dece, starih i imunodeficitarnih osoba može da dođe do smrtnog ishoda, ukoliko se brzo ne postavi tačna etiolo&scaron;ka dijagnoza bolesti i ne pristupi se odmah nadoknadi vode i elektrolita, kao i primeni svih ostalih mera simptomatske terapije. Brzo postavljena tačna dijagnoza, &scaron;to se najbolje postiže real-time PCR testom, sprečava pojavu komplikacija, pa i fatalnog ishoda bolesti. Istovremeno, omogućava primenu odgovarajućih epidemiolo&scaron;kih mera da se spreči nastanak epidemija i njihovo &scaron;irenje. Cilj ovog istraživanja bio je da se tačno utvrdi incidenca virusnog gastrointestinalnog sindroma u Vojvodini i učestalost pojave epidemijskog i sporadičnog javljanja ove bolesti. Cilj je bio i postavljanje algoritma za primenu real-time PCR testa u dijagnostici virusnog gastrointestinalnog sindroma u budućem radu. Isto tako, cilj je bio da se molekularnom analizom, sekvenciranjem delova genoma pozitivnih uzoraka stolice, izvr&scaron;i genetska tipizacija i odredi filogenetska pripadnost virusa. Materijal i metode: Tokom petogodi&scaron;njeg istraživanja molekularnim real-time PCR testom pregledane su 1003 obolele osobe sa simptomima virusnog dijarealnog sindroma, starosti od mesec dana do preko 90 godina. Pregledani su na rota, noro, astro i enterične adenoviruse. Na osnovu podataka iz anketnih upitnika i istorija bolesti, detaljno su analizirani svi klinički pokazatelji (javljanje bolesti tokom godine, trajanje bolesti, simptomi). Procena težine kliničke slike vr&scaron;ena je prema Vesikari skali. Svi podaci su upoređivani prema vrsti virusnog uzročnika, prema starosti obolelih, godinama trajanja istraživanja i epidemijskom i sporadičnom javljanju oboljenja. Dobijeni podaci su statistički obrađeni, tabelarno i grafički prikazani. Rezultati: U petogodi&scaron;njem periodu real-time PCR testom pregledan je uzorak od 1003 obolele osobe različite starosti na 4 virusna uzročnika dijarealnog sindroma (rota, noro, astro i enterične adenoviruse). Virusni dijarealni sindrom dokazan je kod 709 obolelih (70,69%). Najče&scaron;će su dokazane rotavirusne infekcije u 28,81%. Statistički značajno najče&scaron;će rotavirusi su bili utvrđeni kod dece do 5 godina (38,90%), ali u visokom procentu i kod dece uzrasta 6 do 14 godina (24,83%). Deca mlađa od 5 godina imala su statistički značajno najtežu kliničku sliku, bila su če&scaron;će hospitalizovana i imala su statistički značajno vi&scaron;u temperaturu. Pored vi&scaron;e temperature kod obolelih od rotavirusa, klinička slika je kod ovih bolesnika bila teža i bolest je duže trajala nego kod obolelih od drugih virusa. Norovirusna infekcija je dokazana u 23,03% obolelih i to statistički značajno če&scaron;će kod odraslih osoba, starijih od 20 godina. Od kliničkih simptoma kod ovih bolesnika statistički značajno če&scaron;će su dokazani muka, povraćanje i bolovi u stomaku, nego kod obolelih od drugih virusa. Norovirusi su značajno če&scaron;će bili uzročnici epidemijskog javljanja bolesti. Astrovirus je dokazan kod znatno manjeg broja obolelih (u 2,29%) i to samo kod dece do 5 godina i dece uzrasta 6 do 14 godina. Infekcija izazvana enteričnim adenovirusima dokazana je kod 13,36% bolesnika. Njače&scaron;će je utvrđena kod dece uzrsta do 5 godina i 6 do 14 godina. Oboleli od adenovirusa imali su statistički značajno blažu kliničku sliku bolesti. Dva virusna uzročnika u uzorku stolice dokazana su u 3,19% osoba, obično u toku epidemijskog javljanja bolesti. Ovi bolesnici su imali bitno težu kliničku sliku. Najvi&scaron;e obolelih od dijarealnog sindroma bilo je u hladnim mesecima, mada su dijagnostikovani i tokom cele godine. U petogodi&scaron;njem periodu utvrđene su 22 epidemije u kolektivima i 9 porodičnih epidemija. Epidemijsko javljanje bolesti bilo je statistički značajno najče&scaron;će kod najstarijih bolesnika (starijih od 50 godina), a sporadično javljanje bilo je statističko značajno najče&scaron;će kod dece. U cilju potvrde tačnosti dijagnostike virusa u ispitivanim uzorcima real-time PCR testom, genotipizacije, kao i detaljnije molekularne analize, izabrani su reprezentativni uzorci pozitivni na rota, noro, astro ili adenoviruse. Delovi genoma ovih uzoraka su amplifikovani, a zatim sekvencirani. Sekvencirani izolati rotavirusa pripadali su grupi A i tipovima G1P[8], G2P[4], G3P[8] i G9P[8]. Sekvencirani izolati norovirusa pripadali su genogrupi I tipu 2, zatim genogrupi II tipovima 1, 2, 4 i 17. Sekvencirani izolati astrovirusa pripadali su grupi klasičnih astrovirusa i tipovima 1, 4 i 5. Sekvencirani izolati adenovirusa pripadali su grupi F i tipovima 40 i 41, kao i grupi C tipu 2. Pripadnost dobijenih sekvenci u ovom istraživanju, dodatno je potvrđena izradom filogenetskog stabla za sekvence pozitivne na rota, noro, astro ili adenoviruse. Zaključak: Incidenca virusnog dijarealnog sindroma u Vojvodini (70,69%) vrlo je visoka i vi&scaron;a je nego &scaron;to je bilo pretpostavljeno prilikom prijave teze (u hipotezi). Real-time PCR test treba da bude redovno kori&scaron;ćen u budućem dijagnostičkom radu, jer dovodi do brze dijagnostike, čak i ako su virusi prisutni u malom broju u uzorcima tečnih stolica, &scaron;to je utvrđeno tokom ovog dijagnostičkog rada. Ispitivani virusi treba da budu redovno dijagnostikovani kod obolelih od dijarealnog sindroma i to u svim starosnim grupama, tokom epidemijskog i sporadičnog javljanja oboljenja.</p> / <p>Introduction: Viral gastrointestinal syndrome is a current ongoing health problem worldwide. This is true of both developed and developing countries, especially underdeveloped ones where it is the second leading cause of mortality. Sudden onset of the disease&mdash;accompanied by the occurrence of large numbers of liquid stools, nausea, vomiting, abdominal pain, fever, and exhaustion&mdash;leads to dehydration. A fatal outcome can occur in all age groups of patients, especially very young children, the elderly, and the immuno-deficient, unless an accurate etiological diagnosis of the disease is quickly established, followed by a prompt institution of fluid and electrolyte placement, and implementation of other symptomatic therapy measures. Quick establishment of an accurate diagnosis, which is best achieved using the real-time PCR test, prevents the onset of complications, including a potentially fatal outcome of the disease. Simultaneously, it enables the implementation of appropriate epidemiological measures to prevent epidemic outbreaks and their spread. The aim of this study was to accurately determine the incidence of viral gastrointestinal syndrome in Vojvodina and the frequency of epidemic and sporadic occurrence of this disease. The aim was also to set up an algorithm for the application of the real-time PCR test in diagnostics of viral gastrointestinal syndrome in future work. Likewise, the aim was to carry out genetic typing and determine phylogenetic affiliation of the virus using molecular analysis and sequencing of parts of genomes from positive stool samples. Material and Methods: During a five-year study, 1003 patients with symptoms of viral diarrheal syndrome, aged from one month to more than 90 years old, were examined using molecular real-time PCR test. They were screened for rota, noro, astro, and enteric adenoviruses. Based on the data from survey questionnaires and medical case history, all clinical indicators were meticulously analyzed (disease occurrence during the year, disease duration, symptoms). The assessment of the clinical severity was carried out according to the Vesikari Clinical Severity Scoring scale. All data were compared according to the type of the viral causing agent, age of the patients, duration of research in years, and epidemic and sporadic occurrence of the disease. Obtained data were statistically analyzed, tabulated, and graphically displayed. Results: In a five-year period, a sample of 1003 patients of different ages was screened for four different viral causing agents of diarrheal syndrome (rota, noro, astro, and enteric adenoviruses) using the real-time PCR test. Viral diarrheal syndrome was confirmed in 709 patients (70.69%). The most commonly found were rotavirus infections in 28.81% of the cases. Rotaviruses were statistically significantly most common in children younger than 5 years old (38.90%), but were also found in high percentage in children aged 6-14 years old (24.83%). Children under 5 years of age had statistically significantly highest clinical severity and fever, and were more frequently hospitalized. In addition to higher fever in patients with rotavirus, clinical severity in these patients was also higher, and the disease lasted longer than in patients with other viruses. Norovirus infections were reported in 23.03% of the subjects, statistically significantly more frequently in adults over 20 years of age. Regarding the clinical symptoms in these patients, nausea, vomiting, and abdominal pain were statistically significantly more common than in patients with other viruses. Noroviruses were significantly more common as causing agents of epidemic disease outbreaks. Astrovirus was found in a significantly smaller number of patients (in 2.29%), and only in children under 5 years of age and children aged 6-14 years old. Enteric adenovirus infections were reported in 13.36% of the subjects. They were most commonly found in children younger than 5, and those aged 6- 14 years old. Adenovirus sufferers had statistically significantly milder clinical disease. Two viral causing agents in the stool sample were found in 3.19% of the subjects, usually during an epidemic disease outbreak. These patients had a significantly more severe clinical disease. Highest numbers of sufferers from diarrheal syndrome occurred during the cold months, although they were diagnosed throughout the year. In a five-year period, 22epidemics in collective groups and 9 family epidemics were identified. Epidemic outbreaks of the disease were statistically significantly most frequent in the elderly patients (older than 50), while sporadic occurrences were statistically significantly most frequent in children. Representative samples positive for rota, noro, astro, or adenoviruses were selected in order to confirm the accuracy of virus diagnostics in samples tested by the real-time PCR test, and perform genotyping as well as more detailed molecular analyses. Parts of the genomes of these samples were amplified and then sequenced. Sequenced rotavirus isolates belonged to group A and types G1P[8], G2P[4], G3P[8], and G9P[8]. Sequenced norovirus isolates belonged to genogroup I type 2, and genogroup II types 1, 2, 4, and 17. Sequenced astrovirus isolates belonged to the group of classical astroviruses and types 1, 4, and 5. Sequenced adenovirus isolates belonged to group F and types 40 and 41, as well as group C type 2. The affiliation of the obtained sequences in this study was further confirmed by creating a phylogenetic tree for sequences positive for rota, noro, astro, or adenoviruses. Conclusion: The incidence of viral diarrheal syndrome in Vojvodina (70.69%) is very high&mdash;higher than what was assumed at the time of the thesis submission (in the hypothesis). The real-time PCR test should be regularly used in future diagnostic work, since it leads to rapid diagnostics even if viruses are present in small numbers in liquid stool samples, as determined in the course of this diagnostic study. The investigated viruses should be regularly tested in patients with diarrheal syndrome belonging to all age groups during both epidemic and sporadic occurrences of the disease.</p>

Auf dem Gebiet der Veterinärmedizin wird in Deutschland die Desinfektionsmittelprüfung nach den Richtlinien der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft e.V. (DVG) durchgeführt. Diese Richtlinien realisieren derzeit eine Viruzidieprüfung nur für den Bereich Tierhaltung. Daher wurde in dieser Arbeit eine praxisnahe Methodik zur Prüfung der viruziden Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln für den Bereich der Lebensmittelproduktion und der tierärztlichen Praxis entwickelt. Neben dem Einsatz von zwei relevanten Prüfviren, erfolgte die Prüfung der viruziden Wirksamkeit anhand fünf verschiedener chemischer Grundsubstanzen. Um praxisähnliche Bedingungen zu simulieren, wurden unterschiedliche Belastungssubstanzen und Prüftemperaturen zur Testung herangezogen. Die gewonnenen Erkenntnisse können somit auf dem Gebiet der Viruzidieprüfung in zukünftige Neufassungen der DVG-Richtlinie berücksichtigt werden.

Noroviren gelten neben Rotaviren, Salmonellen und Campylobacter spp. derzeit als Hauptursache infektiöser meldepflichtiger Gastroenteritiden des Menschen in Deutschland. Im Jahr 2008 wurden 212.692 Fälle norovirusbedingter Erkrankungen gemeldet (RKI 2009b). Dabei spielen lebensmittelassozierte Infektionen eine bedeutende Rolle. Besonders rohe und unerhitzt verzehrte Produkte bergen ein Risikopotential. Neben Muscheln, Salaten und Früchten konnten die Erreger auch aus Rohwurstprodukten isoliert werden. Aus mikrobiologischer Sicht sind Rohwürste bereits als Risikoprodukte bekannt. Bisher existieren jedoch nur unzureichende wissenschaftliche Ergebnisse über die Infektionsgefahr durch Viren in Lebensmitteln. In der vorliegenden Arbeit wurde die Tenazität und Inaktivierungskinetik von Noroviren anhand des Norovirus-Surrogates Felines Calicivirus untersucht. Zunächst wurde in Suspensionsversuchen der Einfluss verschiedener Konzentrationen von D/L-Milchsäure (0,1; 0,15; 0,2; 0,3 und 0,4 %), Natriumchlorid (2; 6; 12 und 20 %) und Natriumnitrit (100; 150 und 200 ppm) über einen Zeitraum von 7 Tagen bei 4 und 20 °C auf das Virus geprüft. Anschließend wurden Versuchsreihen mit artifiziell kontaminierten Rohwürsten durchgeführt. Der Infektiositätsnachweis erfolgte im Crandell-Reese-Feline-Kidney-Zellkultursystem. In den Suspensionsversuchen zeigte sich eine konzentrations-, zeit- und temperaturabhängige Wirkung der geprüften Parameter. Signifikante Infektiositätsreduktionen ergaben sich bei 20 °C- Lagerung für D/L-Milchsäure-Konzentrationen ab 0,15 % und bei 4 °C -Lagerung ab 0,3 %. Natriumchlorid bewirkte signifikante Titerreduktionen bei 20 °C-Lagerung ab einer NaCl-Konzentration von 2 %, jedoch nicht unter Kühlbedingungen. Die Reduktion der Virusinfektiosität nahm mit steigender Natriumchlorid- bzw. D/L-Milchsäurekonzentration zu. Für praxisübliche Konzentrationen von Natriumnitrit konnte keine zusätzliche Reduktion der Infektiosität nachgewiesen werden. In den Versuchsreihen mit kurz- und langgereiften Rohwürsten erwies sich FCV als sehr stabil. In beiden Produkten konnte bis zum Ende des Versuchszeitraumes nach 21 bzw. 56 Tagen infektiöses Virus nachgewiesen werden. Somit könnten Rohwurstprodukte bei einer möglichen Kontamination mit Noroviren zum Zeitpunkt des Verzehrs ein Gesundheitsrisiko für den Verbraucher darstellen. Jedoch zeigten sich auch deutliche temperatur- und zeitabhängige Wirkungen. Ein positiver Einfluss auf die Inaktivierung ist durch die Anwendung von Reife- und Lagerungstemperaturen um 22 °C zu erwarten. Es kam zu einer kontinuierlichen Virustiterreduktion von insgesamt 1,6 log10 TCID50 / g (für kurzgereifte Produkte) bzw. 3,1 log10 TCID50 / g (für langgereifte Produkte). Eine Beeinflussung der Tenazität des Norovirus-Surrogates FCV durch spezifische Herstellungs- und Lagerungsbedingungen ist somit möglich. Insbesondere die gezielte Kombination einzelner Faktoren miteinander, wie NaCl- und Milchsäuregehalt der Rohwurst, in Verbindung mit spezifischer Lagerungstemperatur und –dauer führt zu effektiver Infektiositätsminderung potentiell enthaltener Viren. Die so erzielte Risikominimierung durch Kombination ausgewählter Parameter bedeutet für die Rohwurstproduktion eine sowohl effiziente, als auch praktikable Möglichkeit, die Lebensmittelsicherheit in Bezug auf virale Infektionserreger deutlich zu erhöhen.

Viren haben als Ursache lebensmittelassoziierter Infektionen eine große Bedeutung. Sie können vor allem über rohe oder unzureichend erhitzte Lebensmittel übertragen werden. In diesem Zusammenhang werden grüner Salat, Erdbeeren, Himbeeren, Frühlingszwiebeln, Muscheln, halbgetrocknete Tomaten, fäkal verunreinigtes Trinkwasser, Backwaren und Rohwürste als häufige Infektionsquellen genannt. Vor allem kurzgereifte Rohwürste gehören aus mikrobiologischer Sicht zu Risikoprodukten. Um eine gleichbleibende Qualität der Produkte zu gewährleisten, ist die Verwendung von Starterkulturen unerlässlich. Als sogenannte Schutzkulturen sollen sie gleichzeitig die Vermehrung unerwünschter bakterieller Pathogene unterbinden. Bisher ist allerdings nicht bekannt, inwieweit diese zur Virusinaktivierung in kurzgereiften Rohwürsten führen bzw. beitragen. Aus diesem Grund war es das Ziel dieser Arbeit, den Einfluss von rohwurstrelevanten Starter- und Schutzkulturen sowie deren Metabolite (Bacteriocine, Milchsäure) auf die Tenazität und Inaktivierungskinetik von Viren zu prüfen. Die Untersuchungen erfolgten mit dem murinen Norovirus (MNV) S 99 sowie dem humanen Influenzavirus H1N1 (A/WSN/33). Antivirale Effekte wurden zum einen anhand von in-vitro-Studien, zum anderen anhand von experimentell mit Viren kontaminierten kurzgereiften Rohwürsten (Mettwurst/Teewurst) geprüft. Die Bacteriocine Sakacin A und Nisin zeigten in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) keine viruzide Wirkung gegenüber MNV S 99 und H1N1 (pH 6,2; 24 °C; Exposition: 3 Tage). Weiterhin wurden anhand von in-vitro-Untersuchungen 29 verschiedene zellfreie Kulturüberstände [Milchsäurebakterien, Staphylococcus spp. (S.), Kocuria (K.) varians] hinsichtlich ihrer antiviralen Wirkung geprüft. Dabei konnte eine signifikante Titerreduktion von MNV S 99 bei Exposition mit dem Kulturüberstand eines Lactobacillus (Lb.) curvatus-Isolates festgestellt werden (p < 0,05). In mit dieser Kultur fermentiertem Tee- und Mettwurstbrät zeigte sich jedoch kein Effekt. Die Virustenazität von H1N1 und MNV S 99 konnte mit D,L-Milchsäure unter rohwurstrelevanten Bedingungen (pH 5,0 bis 6,2) sowohl in-vitro als auch im frischen Mettwurstbrät beeinflusst werden. In-vitro erzielte Titerreduktionen lagen bei 2,5 (H1N1) bzw. 3,25 log-Stufen (MNV S 99) nach drei Tagen (24 °C) Lagerung. Im Gegensatz dazu war MNV S 99 im Vergleich zu H1N1 im Mettwurstbrät stabiler. H1N1 konnte unterhalb von pH 5,5 bereits direkt nach dem Einmischen der Influenzaviren in das Wurstbrät nicht mehr nachgewiesen werden. MNV S 99 wurde hingegen erst nach einem Tag Lagerung (22 °C) maximal um 0,7 log-Stufen reduziert (pH 5,2). Die verwendeten Starter- und Schutzkulturen (Lb. sakei, Lb. curvatus, Lb. paracasei, Lb. plantarum, S. carnosus, S. xylosus, K. varians) zeigten im Mett- und Teewurstbrät im Vergleich zur Kontrolle (ohne Starterkultur) keinen zusätzlichen viruziden Effekt auf MNV S 99. Zunehmende Virustiterreduktionen konnten mit pH-Wert-Erniedrigung beobachtet werden. Nach der Reifung (1 Tag, 22 °C, pH 4,9) von Mettwurst mit Starterkulturen wurde das Virus um maximal 1,65 log-Stufen reduziert. In mit Einzel- beziehungsweise Mehrstamm-Mischkulturen fermentierter Teewurst (7 Tage, 22 °C, pH 4,9) betrug die Titerreduktion maximal 1,10 log-Stufen. Das Influenzavirus H1N1 konnte im Rohwurstbrät mit Starterkulturen auch nach Verwendung hoher Ausgangstiter bereits zu Beginn der Untersuchungen nicht mehr nachgewiesen werden. Aus den erzielten Daten kann geschlussfolgert werden, dass die Bacteriocine Sakacin A und Nisin nicht als antivirale Zusatzstoffe in Lebensmitteln (z. B. Rohwürste) geeignet sind. Das antivirale Potential von zellfreien Kulturüberständen war Bakterienstamm-spezifisch und nur in-vitro ersichtlich. Daher muss die Nutzung des Lb. curvatus 1-Stammes nicht anderen rohwurstrelevanten Starterkulturen vorgezogen werden. Die Verwendung von Milchsäure als Zusatzstoff im Rohwurstbrät eignet sich nur zum Ausschluss einer viralen Exposition im Zusammenhang mit H1N1. Frische Mettwurst muss allerdings hierzu adäquat gesäuert (pH < 5,5) werden. Neben dem antiviralen Effekt durch gebildete Säure, konnte keine weitere spezies-spezifische antivirale Wirkung verwendeter Starter- und Schutzkulturen auf MNV S 99 festgestellt werden. Die Säureleistung einzelner Kulturen ist demzufolge für eine Virusinaktivierung entscheidend. Das antivirale Potential verwendeter Starter- und Schutzkulturen in Rohwürsten ist im Zusammenhang mit MNV S 99 als gering einzuschätzen. Unter der Annahme, dass murine und humane Noroviren eine ähnliche Tenazität in kurzgereiften Rohwürsten aufweisen, sollten diese Produkte im Zusammenhang mit Noroviren als Risikoprodukte eingestuft werden.

Noroviruses are the major cause of acute viral gastroenteritis worldwide. Thus, rapid and reliable pathogen detection and control are crucial to avoid epidemic outbreaks. Peptides which bind to these viruses with high specificity and affinity could serve as small and stable recognition elements in biosensing applications for a point-of-care diagnostic of noroviruses. They can be identified by screening large phage display libraries using the biopanning technique. In the present study, this method was applied to identify norovirus-binding peptide motifs. For this purpose, a biopanning based on column chromatography was established, and three rounds of selections were performed. After the second round, the cosmix-plexing recombination technique was implemented to enhance the chance of obtaining peptides with very high affinity. Biopanning data evaluation was based on next-generation sequencing (NGS), to show that this innovative method can enable a detailed analysis of the complete sequence spectrum obtained during and after biopanning. Highly enriched motifs could be characterized by their large proportion of the amino acids W, K, R, N, and F. Neighbourhood analysis was exemplarily performed for selected motifs, showing that the motifs FAT, RWN, and KWF possessed the fingerprints with the largest differences relative to the original library. This thesis thus presents next-generation sequencing-based analysis tools, which could now be transferred to any other biopanning project. The identified peptide motifs represent promising candidates for a future examination of their norovirus-specific binding. A new option for testing such phage-target interactions in the context of biopanning selections was studied in the second part of the thesis. For this purpose, a phage-based microarray was developed as a miniaturized binding assay. As a prerequisite, the different immobilization behaviour of phages on positively and negatively charged surfaces was studied, and a non-contact printing technique for bacteriophages was developed. Subsequently, the interaction of phages and antibodies directed against phage coat proteins was characterized in enzyme-linked immunosorbent assays, and the protocol was successfully transferred to the non-contact printed phage spots. At the proof-of-concept level, the phage array could finally be integrated into a microfluidic setup, showing a higher signal-to-background ratio relative to the static phage array. These results point the way towards a microfluidic phage array, allowing online monitoring, automation, and parallelisation of the phage array analysis. / Noroviren gelten als Hauptursache akuter viraler Magen-Darm-Erkrankungen. Nur eine zeitnahe und verlässliche Detektion und Kontrolle dieser Pathogene kann epidemische Ausbrüche vermeiden. Um dies zu ermöglichen, könnten Peptide, die an diese Viren mit hoher Spezifität und Affinität binden, als kleine und stabile Erkennungselemente in biosensorischen Anwendungen eingesetzt werden. Solche Peptide können mithilfe der Biopanning-Technik identifiziert werden, die auf dem Screening großer Phagen-Display-Bibliotheken beruht. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Methode genutzt, um Norovirus-bindende Peptidmotive zu identifizieren. Dazu wurde ein auf Säulenchromatographie basierendes Biopanning entwickelt und drei Selektionsrunden durchgeführt. Die Cosmix-Plexing-Rekombinationstechnik wurde nach der zweiten Runde eingesetzt, um die Wahrscheinlichkeit der Gewinnung hochaffiner Binder zu erhöhen. Die Auswertung der Biopanningdaten erfolgte mittels Hochdurchsatzsequenzierung (Next-Generation Sequencing). Es konnte gezeigt werden, dass diese innovative Methode die detailierte Analyse des kompletten Sequenzspektrums während und nach dem Biopanning ermöglicht. Stark angereicherte Motive konnten durch ihren hohen Anteil an den Aminosäuren W, K, R, N und F charakterisiert werden. Eine Nachbarschaftsanalyse wurde exemplarisch für ausgewählte Motive durchgeführt. Dabei wurden die stärksten Unterschiede im Fingerprint im Vergleich zur Ausgangsbibliothek bei den Motiven FAT, RWN und KWF gefunden. Diese Dissertation stellt damit auf Next-Generation Sequencing basierende Analysetechniken vor, die für weitere Biopanningprojekte übernommen werden können. Die identifizierten Peptidmotive könnten als vielversprechende Kandidaten zukünftig auf ihre Norovirus-spezifische Bindung hin getestet werden. Eine neue Möglichkeit, solche Phagen-Analyt-Interaktionen zu untersuchen, wurde im zweiten Teil der Dissertation untersucht. Dafür wurde als miniaturisierter Bindungsassay ein Phagen-basiertes Mikroarray entwickelt. Als Voraussetzung wurde zunächst das unterschiedliche Immobilisierungsverhalten von Bakteriophagen auf positiv und negativ geladenen Oberflächen untersucht und eine kontaktfreie Drucktechnik für Bakteriophagen etabliert. Anschließend wurde die Interaktion von Phagen und gegen sie gerichteten Antikörpern in Enzym-gekoppelten Immunadsorptionstests charakterisiert und das Protokoll erfolgreich auf die kontaktfrei gedruckten Phagenspots übertragen. Schließlich wurde erstmals die grundsätzliche Möglichkeit gezeigt, das Array in ein mikrofluidisches Setup zu integrieren, was zu einem höheren Signal-zu-Hintergrund-Verhältnis im Vergleich zum statischen Array führte. Diese Ergebnisse zeigen damit den Weg zu einem mikrofluidischen Phagen-Array auf, das sowohl die Möglichkeit des Online-Monitorings als auch der Automatisierung und Parallelisierung der Phagen-Array-Analyse bietet.

Auf dem Gebiet der Veterinärmedizin wird in Deutschland die Desinfektionsmittelprüfung nach den Richtlinien der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft e.V. (DVG) durchgeführt. Diese Richtlinien realisieren derzeit eine Viruzidieprüfung nur für den Bereich Tierhaltung. Daher wurde in dieser Arbeit eine praxisnahe Methodik zur Prüfung der viruziden Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln für den Bereich der Lebensmittelproduktion und der tierärztlichen Praxis entwickelt. Neben dem Einsatz von zwei relevanten Prüfviren, erfolgte die Prüfung der viruziden Wirksamkeit anhand fünf verschiedener chemischer Grundsubstanzen. Um praxisähnliche Bedingungen zu simulieren, wurden unterschiedliche Belastungssubstanzen und Prüftemperaturen zur Testung herangezogen. Die gewonnenen Erkenntnisse können somit auf dem Gebiet der Viruzidieprüfung in zukünftige Neufassungen der DVG-Richtlinie berücksichtigt werden.