Rostock, Universiẗat, Habil.-Schr., 2007. / Text teilw. dt., teilw. engl. - Enth. 15 Sonderabdr. aus verschiedenen Zeitschr.

Tübingen, Univ., Diss., 2006. / Aus: Malaria journal.

Marburg, Univ., Diss., 2009

Made available in DSpace on 2015-10-21T12:19:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 rodrigo_godoy_ioc_mest_2012.pdf: 4319793 bytes, checksum: 12512310f752b37e87a767cc8d0a9bae (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2015-05-21 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Phlebotominae representa um dos grupos de insetos de grande importância médica, especialmente para o Brasil, estando associado à transmissão de agentes das leishmanioses tegumentar e visceral. A geração de conhecimentos sobre a morfologia e morfometria de ambos, machos e fêmeas de flebotomíneos vetores de leishmaniose tegumentar americana (LTA), poderão indicar estruturas diagnósticas importantes como subsídios para estudos filogenéticos que permitam avaliar a relação vetor -patógeno no processo de coevolução. Com isso o trabalho teve como objetivo analisar comparativamente as seguintes espécies de flebotomíneos: Nyssomyia intermedia, Ny. neivai, Ny. whitmani, Migonemyia migonei e Bichromomyia flaviscutellata, importantes vetores de Leishmania spp., causadores da LTA no Brasil. As análises morfométricas foram capazes de separar os gêneros. A análise comparativa dos flebotomíneos por morfometria geométrica e clássica, permitiu aprofundar a discussão sobre a posição taxonômica de Ny. intermedia e Ny. neivai, consideradas por alguns autores como espécies crípticas, onde houve diferença significativa em várias das estruturas analisadas, como no tamanho do centroide das asas e a razão entre os filamentos genitais e a ponta dos filamentos genitais. Através das análises de morfometria clássica e do tamanho dos centróides e as formas médias das asas, as espécies de Nyssomyia se apresentam mais próximas feneticamente de Mg. migonei, vetores de Leishmania (Viannia) braziliensis, do que de Bi. flaviscutellata, vetora de Leishmania (Leishmania) amazonensis, o que também corrobora com a separação dos gêneros Nyssomyia e Bichromomyia / Phlebotominae represents one group of insects of medical importance, especially in Brazil being associated with the transmission of agents of cutaneous and visceral leishmanias e s . The generation of knowledge about the morphology and morphometry of both male and female sandfly vectors of American c utaneous l eishmaniasis (ACL) may indicate structures as important diagnostic information for phylogenetic studies to assess the relationship of vector - pathogen coevolution . In this aspect the work was to analyze comparatively the following species of sandflies : Nyss omyia intermedia, Ny. neivai, Ny. whitmani, Migonemyia migonei and Bichromomyia flaviscutellata , important vectors of Leishmania spp ., causing leishmaniasis in Brazil. The morphometric analyzes were able to separate the genders. The comparative analysis of sandflies by classical and geometric morphometr y allowed us to discuss about the taxonomic position of Ny. intermedia and Ny. neivai , considered by some authors as cr yptic species , where significant differences were observed in several structures analyzed as the centroid size of the wings and the ratio between the genital filaments and the tip of the genital filaments . The classical morphometric analysis, size of the centroids of the wings as well as the mean forms of the wings showed Nyssomyia close st phe netically to Mg. migonei , vectors of Leishmania (Viannia) braziliensis , than Bi. flaviscutellata , vector of Leishmania (Leishmania) amazonensis , these results also corroborate with the separation of the genders Nyssomyia and Bichromomyia

Die Hälfte der Weltbevölkerung lebt mit dem Risiko, an einer schweren Malaria tropica zu erkranken. Zunehmende Resistenzen von Plasmodium falciparum gegen gängige Therapeutika erschweren eine Behandlung, und es existiert keine Möglichkeit frühzeitig die Wirksamkeit der angewandten Medikation festzustellen. Die Bestimmung der Parasitämie als einzig verfügbarer Parameter kann auch bei erfolgreicher Therapie noch über den ersten Tag ansteigen. Das Ziel dieser Studie war, lichtmikroskopische Parameter zu finden, mit denen der Erfolg einer Therapie frühzeitig festgestellt werden kann. So wurden im Rahmen einer Fallstudie die Plasmodien eines an einer schweren Malaria tropica erkrankten Patienten auf morphologische Veränderungen im Verlauf der Chinin-Therapie untersucht. Die Beurteilung der Plasmodien erfolgte durch eine Einteilung nach ihrer Lage im Erythrozyten und der Kern-Plasma-Relation der Ringformen, anschliessend wurden die Ergebnisse durch eine Vermessung der Plasmodien am Computer verifiziert. Es zeigte sich, dass ein Therapieerfolg anhand der Veränderung in der Morphologie der Ringformen bereits in den ersten Stunden nach Therapiebeginn festgestellt werden kann. So lässt sich innerhalb der ersten drei Stunden ein Wechsel von kleinen Ringformen mit dünnem, homogenem Zytoplasmaband zu vergrösserten Ringformen mit einem verbreiterten und inhomogenen Zytoplasma finden. Im weiteren konnten ab der 7. Therapiestunde eine zunehmende Lageveränderungen der Plasmodien im Erythrozyten aufgezeigt werden. So waren ab diesem Zeitpunkt zunehmend Plasmodien, die die Erythrozyten-Membran hervorwölben (Arbeitstitel „Accentué“-Formen), im peripheren Blutausstrich des Patienten zu sehen. Dass die Änderung der Kern-Plasma-Relation der Ringformen ursächlich einer direkten Medikamentenwirkung zuzuschreiben sind, konnte in einem abschliessenden „in vitro“-Studienteil gezeigt werden, in welchem Plasmodien-Kulturen unter Chinin-Einfluss mit Kontrollkulturen ohne Medikamenteneinfluss verglichen wurden. / This case study examines early morphological changes of Plasmodium falciparum under treatment, visible by light microscopy. A transition from small thin ring shapes to thick rings during the early hours of treatment could be demonstrated, as well as an increase in erythrocyte surface distorsion by the plasmodia, beginning after 7 hours of treatment. These findings could help to recognise resistances to medication within hours of beginning treatment and may save crucial time for patients.

Besides HIV and tuberculosis, malaria still is one of the most devastating infectious diseases especially in developing countries, with Plasmodium falciparum being responsible for the frequently lethal form of malaria tropica. It is a major cause of mortality as well as morbidity, whereby pregnant women and children under the age of five years are most severely affected. Rapidly emerging drug resistances and the lack of an effective and safe vaccine hamper the combat against malaria by chemical and pharmacological regimens, and moreover the poor socio-economic and healthcare conditions in malaria-endemic countries are compromising the extermination of this deadly tropical disease to a large extent. Malaria research is still questing for druggable targets in the parasitic protozoan which pledge to be refractory against evolving resistance-mediating mutations and yet constitute affordable and compliant antimalarial chemotherapeutics. The parasite kinome consists of members that represent most eukaryotic protein kinase groups, but also contains several groups that can not be assigned to conservative ePK groups. Moreover, given the remarkable divergence of plasmodial kinases in respect to the human host kinome and the fact that several plasmodial kinases have been identified that are essential for the intraerythrocytic developmental cycle, these parasite enzymes represent auspicious targets for antimalarial regimens. Despite elaborate investigations on several other ePK groups, merely scant research has been conducted regarding the four identified members of the cyclin-dependent kinase-like kinase (CLK) family, PfCLK-1-4. In other eukaryotes, CLKs are involved in mRNA processing and splicing by means of phosphorylation of serine/arginine-rich (SR) proteins, which are crucial components of the splicing machinery in the alternative splicing pathway. All four PfCLKs are abundantly expressed in asexual parasites and gametocytes, and stage-specific expression profiles of PfCLK-1 and PfCLK-2 exhibited nucleus-associated localization and an association with phosphorylation activity. In the course of this study, PfCLK-3 and PfCLK-4 were functionally characterized by indirect immunofluorescence, Western blot analysis and kinase activity assays. These data confirm that the two kinases are primarily expressed in the nucleus of trophozoites and both kinases possess in vitro phosphorylation activity on physiological substrates. Likewise PfCLK-1 and PfCLK-2, reverse genetic studies exhibited the indispensability of both PfCLKs on the asexual life cycle of P. falciparum, rendering them as potential candidates for antiplasmodial strategies. Moreover, this study was conducted to identify putative SR proteins as substrates of all four PfCLKs. Previous alignments revealed a significant homology of the parasite CLKs to yeast SR protein kinase Sky1p. Kinase activity assays showed in vitro phosphorylation of the yeast Sky1p substrate and SR protein Npl3p by precipitated PfCLKs. In addition, four homologous plasmodial SR proteins were identified that are phosphorylated by PfCLKs in vitro: PfASF-1, PFSRSF12, PfSFRS4 and PfSR-1. All four parasite SR splicing factors are predominantly expressed in the nuclei of trophozoites. For PfCLK-1, a co-localization with the SR proteins was verified. Finally, a library of human and microbial CLK inhibitors and the antiseptic chlorhexidine (CHX) was screened to determine their inhibitory effect on different parasite life cycle stages and on the PfCLKs specifically. Five inhibitors out of 63 compounds from the investigated library were selected that show a moderate inhibition on asexual life cycle stages with IC50 values ranging between approximately 4 and 8 µM. Noteworthy, these inhibitors belong to the substance classes of aminopyrimidines or oxo-β-carbolines. Actually, the antibiotic compound CHX demonstrated an IC50 in the low nanomolar range. Stage-of-inhibition assays revealed that CHX severely affects the formation of schizonts. All of the selected CLKs inhibitors also affect gametocytogenesis as well as gametogenesis, as scrutinized in gametocyte toxicity assays and exflagellation assays, respectively. Kinase activity assays confirm a specific inhibition of CLK-mediated phosphorylation of all four kinases, when the CLK inhibitors are applied on immunoprecipitated PfCLKs. These findings on PfCLK-inhibiting compounds are initial attempts to determine putative antimalarial compounds targeting the PfCLKs. Moreover, these results provide an effective means to generate chemical kinase KOs in order to phenotypically study the role of the PfCLKs especially in splicing events and mRNA metabolism. This approach of functionally characterizing the CLKs in P. falciparum is of particular interest since the malarial spliceosome is still poorly understood and will gain further insight into the parasite splicing machinery. / Neben HIV und Tuberkulose stellt Malaria vor allem in Entwicklungsländern immer noch eine der verheerendsten Infektionskrankheiten dar, wobei Plasmodium falciparum für die oft tödlich verlaufende Form der Malaria tropica verantwortlich ist. Sie ist eine der Hauptgründe für Mortalität und Morbitität, von der vor allem schwangere Frauen und Kinder unter fünf Jahren am schlimmsten betroffen sind. Das Fehlen eines effektiven und ungefährlichen Impfstoffes und sich schnell ausbreitende Medikamentenresistenzen erschweren die Bekämpfung von Malaria mit Arzneimitteln. Darüber hinaus beeinträchtigen die schlechten sozioökonomischen Bedingungen und der mangelhafte Zustand des Gesundheitssystems in Malaria-endemischen Ländern die Elimination dieser tödlichen Tropenkrankheit in hohem Maße. Die Malariaforschung ist immer noch auf der Suche nach vielversprechenden Angriffspunkten im Parasiten, die widerstandsfähig gegenüber sich entwickelnden resistenz-vermittelnden Mutationen sind und dennoch erschwingliche und verträgliche Chemotherapeutika gegen Malaria darstellen. Das Kinom des Parasiten besteht aus Vertretern der meisten eukaryotischen Proteinkinase-Gruppen und enthält zudem einige Gruppen, die keiner der konventionellen Gruppen zuordenbar sind. Darüber hinaus stellen Kinasen vielversprechende Angriffspunkte für Malariamedikamente dar, da das Parasitenkinom bemerkenswerte Divergenzen gegenüber dem Wirtskinom aufweist und zudem einige Parasitenkinasen identifiziert wurden, die unerlässlich für den Replikationszyklus von asexuellen Parasiten sind. Trotz umfangreicher Untersuchungen anderer Kinasegruppen des Parasiten wurden die vier identifizierten Vertreter der Zyklin-abhängige-Kinase-ähnlichen Kinasen (cyclin-dependent kinase-like kinases, CLKs) bisher kaum untersucht. In anderen Eukaryoten sind CLKs an der mRNA-Prozessierung und am Spleißen durch die Phosphorylierung von Serin/Arginin-reichen (SR-) Proteinen beteiligt, welche wiederum Komponenten der Spleißmaschinerie sind. Alle vier PfCLKs sind abundant exprimiert in asexuellen Parasiten sowie Gametozyten, und stadien-spezifische Expressionsprofile von PfCLK-1 und PfCLK-2 zeigten eine Kern-assoziierte Expression sowie Phosphorylierungsaktivität in in vitro-Aktivitätsstudien. Im Verlauf dieser Studie wurden PfCLK-3 und PfCLK-4 mittels indirekter Immunfluoreszenzstudien, Western Blot-Analysen und Kinaseaktivitätsassays funktionell charakterisiert. Die Ergebnisse bestätigen, dass beide Kinasen vorrangig im Nukleus von P. falciparum-Trophozoiten lokalisiert sind und Phosphorylierungsaktivität gegenüber physiologischen Substraten in vitro aufweisen. Ähnlich wie für PfCLK-1 und PfCLK-2 konnte in Reverse-Genetik-Studien gezeigt werden, dass sowohl PfCLK-3 als auch PfCLK-4 essentiell für den asexuellen Replikationszyklus von P. falciparum sind. Dieser Umstand macht beide Kinasen zu potenziellen Angriffspunkten für antiplasmodiale Bekämpfungsstrategien. Des Weiteren wurde diese Studie ausgeführt, um mögliche Interaktionspartner aller vier PfCLKs zu identifizieren. Vorangegangene Sequenzabgleiche brachten eine bemerkenswerte Homologie der Parasiten-CLKs zur SR-Proteinkinase Sky1p der Bäckerhefe zu Tage. Kinaseaktivitätsassays zeigten Phosphorylierung des Sky1p-Substrates und SR-Proteins Npl3p durch präzipitierte PfCLKs in vitro. Außerdem wurden vier homologe plasmodiale SR-Proteine bzw. mutmaßliche Spleißfaktoren identifiziert, die ebenso von den PfCLKs in vitro phosphoryliert werden: PfASF-1, PFSRSF12, PfSFRS4 und PfSR-1. Alle vier Parasiten-Spleißfaktoren sind vorwiegend in Kernen von Trophozoiten exprimiert. Für PfCLK-1 konnte eine Ko-Lokalisation mit den SR-Proteinen nachgewiesen werden. Abschließend wurden eine Sammlung humaner und mikrobieller CLK-Inhibitoren sowie das Antiseptikum Chlorhexidin (CHX) auf ihren hemmenden Effekt auf verschiedene Lebenszyklusstadien von P. falciparum und gezielt auf die PfCLKs überprüft. Es wurden fünf Inhibitoren aus einer Sammlung von 63 Substanzen auserwählt, die eine moderate Hemmung auf asexuelle Lebenszyklusstadien aufwiesen, mit IC50-Werten zwischen ungefähr 4 und 8 µM. Das Antibiotikum CHX zeigte sogar einen IC50-Wert im niedrigen nanomolaren Bereich. Nachfolgende Stage-of-Inhibition-Assays deckten auf, dass CHX die Entwicklung von Schizonten enorm beeinträchtigt. Wie in Gametozyten-Toxizitätsassays und Exflagellationsassays ermittelt wurde, hemmen alle ausgewählten CLK-Inhibitoren ferner sowohl die Gametozytogenese als auch die Gametogenese. Kinaseaktivitätsassays bestätigen eine spezifische Hemmung der CLK-vermittelten Phosphorylierung aller vier Kinasen, wenn die CLK-Inhibitoren auf immunopräzipitierte PfCLKs angewendet wurden. Diese Erkenntnisse über PfCLK-hemmende Substanzen sind erste Ansätze, um mögliche Wirkstoffe gegen Malaria zu finden, die die PfCLKs als Angriffspunkte haben. Zudem stellen diese Resultate ein wirksames Mittel zur Verfügung, um chemische Kinase-Knockout-Parasiten zu generieren. Diese können dann verwendet werden, um die Rolle der PfCLKs vor allen in Bezug auf Spleißvorgänge und mRNA-Metabolismus phänotypisch zu untersuchen. Der Ansatz, die CLKs des Parasiten funktionell zu charakterisieren, ist von besonderem Interesse, da das Spleißosom des Malariaparasiten immer noch nicht ausreichend erforscht ist. Dadurch können weitere Erkenntnisse über die Spleißmaschinerie des Parasiten gewonnen werden.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniera en Biotecnología Molecular. / La enzima L-asparaginasa II, que hidroliza L-asparagina en ácido aspártico y amonio, es utilizada actualmente como agente quimioterapéutico, en el tratamiento de leucemia linfoblástica aguda infantil, leucemia mieloblastica aguda (LLA), linfoma no Hodgkin, melanosarcoma y carcinoma hepatocelular entre otros, dado su efecto antineoplásico sobre ciertos tipos de células tumorales que son incapaces de producir L-asparagina y dependen de la circulante para su proliferación. A pesar de su rol exitoso en el tratamiento de estas enfermedades, su uso es constantemente reevaluado ya que genera efectos secundarios, asociados a la actividad inespecífica de la enzima sobre un segundo sustrato estructuralmente similar a la Lasparagina, la glutamina, generando pancreatitis, disfunción renal, trombosis, hemorragia y reacciones de hipersensibilidad. Además, otro factor que afecta su uso en tratamientos a largo plazo es la generación de anticuerpos en los tejidos posterior a su aplicación, neutralizando su efecto sobre células tumorales. La presencia de esta enzima se ha descrito en diversos organismos, siendo las actualmente utilizadas las producidas por microorganismos. Entre ellos, las bacterias marinas del orden actinobacteria son de gran interés, ya que se han descrito Lasparaginasas II sin actividad glutaminasa. Dado el interés por encontrar nuevas asparaginasas con baja o nula actividad glutaminasa es que se estudió una nueva Lasparaginasa II descrita en el genoma de la actinobacteria Salinispora tropica CNB 440 que hasta el momento no ha sido caracterizada. Para ello el gen que codifica la enzima L-asparaginasa II fue amplificado a partir del genoma de S. tropica CNB 440 y clonado en el vector de expresión pET22b(+), con el cual se quimiotransformó cepas de E. coli BL21(DE3) quimiocompetentes. Dada la presencia de inducción basal, las cepas fueron co-transformadas con el vector pLysS, obteniendo colonias doble transformantes de E. coli BL21(DE3) ASPII/pLysS, solucionando este problema. Posteriormente se indujo la expresión del constructo en células co-transformadas con IPTG, obteniendo la expresión de la proteína recombinante de forma soluble para los cultivos inducidos a 25ºC con 0.1 y 0.2 mM de IPTG. Luego se evaluó la actividad a 37ºC de la enzima L-asparaginasa II a partir de extractos crudos de los cultivos anteriores, mediante Nesslerización para los sustratos L-asparagina y L-glutamina, obteniendo exclusivamente actividad asparaginasa por parte de la enzima. Luego se realizó purificación de la proteína recombinante mediante cromatografía en columna Ni-NTA, obteniendo muchas proteínas contaminantes, por lo que se utilizó la técnica de cromatografía Ni-NTA en batch, para aumentar la especificidad por la proteína recombinante; sin embargo, su correcta purificación no fue posible. Finalmente se realizó una estimación de la actividad enzimática a partir de la muestra de extracto crudo inducido a 25ºC con 0.1 mM de IPTG, obteniéndose una actividad específica de la Lasparaginasa II de 117,81 U/mg y no actividad sobre L-glutamina. / The enzyme L-asparaginase II, which hydrolyzes L-asparagine to aspartic acid and ammonium, is currently used as a chemotherapeutic agent in the treatment of acute lymphoblastic leukemia, acute myeloblastic leukemia, non-Hodgkin lymphoma, melanosarcoma and hepatocellular carcinoma, among others, due to its antineoplastic effect on certain types of tumor cells that are incapable of producing L-asparagine and depend on the circulating L-asparagine for their proliferation. Despite its successful role in the treatment of these diseases, its use is constantly reevaluated since it generates secondary effects, associated with the specificity of the enzyme to a second substrate due to its structural similarity, glutamine. These effects include pancreatitis, renal dysfunction, thrombosis, hemorrhage and hypersensitivity reactions. In addition, another factor that affects its use in long-term treatments is the generation of antibodies in the tissues after its application, neutralizing its effect on tumor cells. Asparaginases are distributed among living organisms, and those produced by microorganisms are currently used. Among them, marine bacteria of the actinobacteria order are of great interest, since L-asparaginases II without glutaminase activity has been reported. Given the interest in finding new asparaginases with low or no glutaminase activity, a new L-asparaginase II described in the genome of the actinomycete Salinispora tropica CNB 440 that has not been characterized yet, was studied. To accomplish this, the gene coding for the enzyme L-asparaginase II was amplified from the genome of S. tropica CNB 440 and cloned into the expression vector pET22b(+), which was used to chemotransform chemocompetent E. coli BL21 (DE3) strains. Given the presence of basal induction, the strains were co-transformed with the vector pLysS, obtaining double transformant colonies named E. coli BL21(DE3) ASPII/pLysS, solving this problem. Subsequently, the expression of the construct was induced with IPTG in cotransformed cells, obtaining the expression of the recombinant protein in a soluble form for the cultures induced at 25 ° C with 0.1 and 0.2 mM of IPTG. The activity at 37ºC of the enzyme L-asparaginase II was evaluated from crude extracts of the cultures, by Nesslerization for the substrates L-asparagine and L-glutamine, obtaining only asparaginase as enzymatic activity. Purification of the recombinant protein was initially performed by Ni-NTA column chromatography, obtaining a low-purity recombinant protein, so the technique was varied to Ni-NTA chromatography in batch, to increase the affinity for the asparaginase. However, its correct purification was not possible. Finally, an estimation of the enzymatic activity was made from crude extract induced at 25°C with 0.1 mM of IPTG, obtaining a specific activity of L-asparaginase II of 117.81 U/mg, and no activity on L-glutamine.

Tesis para optar al grado de Doctora en Ciencias de la Ingeniería Mención Ingeniería Química y Biotecnología / Salinosporamide A is a cytotoxic that has been proven to combat various types of cancer and malaria. It is currently in phases II and III of approval as an anticarcinogen. The advantages that poses over other cytotoxics are greater activity at low concentrations and highly specific. It acts on the proteasome-ubiquitin system, responsible of apoptosis in cells. This secondary metabolite is naturally ocurred in the actinomycetes bacterium strictly marine, Salinispora tropica that needs a specific ionic force in the medium to grow. Due to his nature it is a promisory source of secondary metabolites for pharmaceutical use hereby is constantly studied. The CNB440 strain is the representative strain of the species and posses a Genome-Scale Metabolic Model (GSM). The goal of this work was to implement diverse metabolic and genetic strategies that allow improve the production of Salinosporamide A. Chapter 4 of this thesis details the proves to establish the protocols for growth and determination of Salinosporamide A, Define the sensitivity of bacteria to kanamycin (100 ug/ml), thiostreptone (12 µg/ml) and apramycin (12 µg/ml). The growth curves in several minimum mediums, and stablish the methodology for the determination of Salinosporamide A. Chapter 5 describes the genetic strategy used to modify the bacterium and generate a higher concentration of Salinosporamide A. The strategy followed was by recombination homologous with the temperature sensitive vector (pGM1190) and transferred to S. tropica by conjugation with the strain E. coli ET12567/pUZ8002, to delete specific sites on the chromosome of S. tropica. These molecular tools have been successfully used in the transformation of various Streptomyces, but had not been tested in Salinispora. The sites suggested to be deletedto increase the production of the secondary metabolite were 3 clusters of genes sporolides, lymphostine and salinilactam. But due to various complications in the development of the present work only the deletion of the sporolide gene cluster was evaluated and this resulted in an increase of 20% in metabolite production. Chapter 6 details the use of genome-scale metabolic model iCC908 for increase the production of Salinosporamide A. The first stage consisted in establishing the working environment of the model, to increase the accuracy of the model, integrated growth data, metabolites in medium production and determination of Salinosporamide A, with this was also able define in silico the supplementation of medium production, to obtain more Salinosporamide A. . The second stage consisted of applying different algorithms OptKnock, OptGene, OptOrf, GDLS, FSEOF, which browse reactions or genes within the genome-scale model that could be, deleted, blocked or overexpressed to increase the production of the secondary metabolite. We found several candidates that were evaluated in silico and we proposed to evaluate the deletion of two genes. As the last stage, were evaluated the metabolic pathways that increase production by gene overexpression. The evaluation of this metabolic pathways consist in add diverse substrates that increase the flow in the pathway of the gene to be overexpresed, tyrosine at a concentration of 5mM increase the production of the secondary metabolite Salinosporamide A by 180%, enhancing the presence of phenylalanine in the medium. With these results it was possible to obtain a medium production that increased in 2.8 times Salinosporamide A by fermentation based on the use of the genome-scale metabolic model. And also was possible transform the strain S. tropica with genetic tools previously proved in Streptomyces.

Leishmania tropica ist der Auslöser von kutaner Leishmaniose beim Menschen und kommt in Afrika über den Mittleren Osten bis nach Nordindien vor. Mittels Mikrosatellitentypisierung (MLMT) wurde die weltweite Populationsstruktur dieser Spezies und der nahe verwandten Spezies L. aethiopica aufgedeckt, indem sowohl Methoden angewandt wurden, die auf genetischen Distanzen beruhen als auch solche, die auf der Analyse von Allelfrequenzen basieren. Die 195 Stämme von L. tropica sowie die acht Stämme von L. aethiopica gruppierten hauptsächlich gemäß ihrer geographischen Herkunft. Die Stämme von L. aethiopica stellten eine eigene Gruppe dar, die allerdings innerhalb der afrikanischen Stämme von L. tropica gruppierte. Vorläufige Ergebnisse einer genomweiten SNP-Analyse haben die Ergebnisse der Mikrosatellitenanalyse weitgehend bestätigt. Um die Gründe für die hohe genetische Variabilität innerhalb der Spezies L. tropica herauszufinden, wurde eine Funktionelle Klonierung durchgeführt, in der N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidin (MNNG) als Indikator für ein funktionierendes oder eingeschränktes Mismatch Repair (MMR)-System eingesetzt wurde. Dafür wurde ein Akzeptorstamm (hohe MNNG-Toleranz) mit einer Cosmidbibliothek, die genomische DNA eines Donorstammes (niedrige MNNG-Toleranz) enthielt, transfiziert. Die erhaltenen Transfektanten wurden dann auf ihre MNNG-Toleranz getestet. Die zeit- und kosteneffiziente Identifizierung von großen Mengen an Sandmücken ist wichtig für Feldstudien, in denen mehrere Tausend Mücken gefangen werden. Hier wird eine multiplexe Technik zur ligationsabhängigen Sondenamplifizierung vorgestellt, die die Identifizierung von Sandmücken-Spezies im Mittleren Osten ermöglicht. Die Spezies Phlebotomus syriacus, P. arabicus und P. papatasi können durch diese Methode mit spezies-spezifischen Sonden eindeutig identifiziert werden. Außerdem kann diese Methode dazu genutzt werden, weitere Spezies zu diskriminieren und auf gepoolte Sandmücken angewandt werden. / Leishmania tropica is the causative agent of human cutaneous leishmaniasis in foci ranging from Africa through the Middle East to northern India. By multilocus microsatellite typing (MLMT), the world-wide population structure of this species and its closely related species L. aethiopica has been revealed applying methods based on both genetic distances and allele frequencies. The 195 strains of L. tropica and eight strains of L. aethiopica largely clustered according to their geographical origins. The strains of L. aethiopica formed a distinct group, although clustering among other African strains of L. tropica. Preliminary data obtained through a whole genome sequencing approach including strains of L. tropica, L. aethiopica and L. major have largely corroborated the results of the MLMT approach. To reveal the reasons for the high genetic variability among strains of L. tropica, a Functional Cloning approach was conducted using N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidin (MNNG) as an indicator for a functioning or impaired mismatch repair (MMR) system. The transfectants retrieved from the transfection of an acceptor strain exhibiting high MNNG tolerance with a cosmid library bearing the genomic DNA of a donor strain with a reduced MNNG tolerance were screened for the restored phenotype of the donor strain. The time- and cost-efficient identification of a large amount of sand flies is important since several thousands are caught during field studies. Here, a multiplex ligation-dependent probe amplification approach (MLPA) for the identification of sand flies endemic to the Middle East is introduced. The unambiguous identification of Phlebotomus syriacus, P. arabicus and P. papatasi was possible with this approach using species-specific probes. Furthermore, this technique has the potential to discriminate more species and to be applied to pooled sand fly specimens.

In der vorliegenden Arbeit haben wir unter Nutzung bioinformatischer Methoden eine innovative Strategie zur Eindämmung der Malaria entwickelt. Die genetische Modifikationsstrategie beinhaltet sowohl Manipulationen aufseiten des gefährlichsten Erregers, Plasmodium falciparum, als auch des Hauptvektors, Anopheles gambiae. In den Genomen beider Spezies wurden eine Reihe neuer konkreter targets identifiziert. Auch bereits beschriebene targets und Ansätze wurden in die Strategie einbezogen bzw. weiter ausgestaltet. Bezüglich der Vektormoskitos wird die Verbreitung eines gegenüber Plasmodien resistenten Genotyps angestrebt. Es werden einerseits effiziente natürliche und künstliche Resistenzgene diskutiert und andererseits eine bekannte Strategie zur Fixierung natürlicher Resistenzallele in natürlichen Populationen verbessert. Auf der Seite der Plasmodien erweiterten wir einen bereits von A. Burt (2003) beschriebenen Eradikationsansatz um weitere targets. Aus ethischen und evolutionsbiologischen Erwägungen bevorzugen wir jedoch eine alternative Strategie, welche die Etablierung von in ihrer Virulenz gemilderten Parasiten zum Ziel hat. Der attenuierte Genotyp wird unter anderem durch komplexe Pathway-Remodellierungen beschrieben (Löwe, Sauerborn, Schirmer, Dandekar, A refined genome engineering strategy against parasites and vectors, Manuskript beim Journal „Genome Biology“ eingereicht). Da sich Mutanten in der Natur gegen Wildtyp-Organismen kaum durchsetzen können, werden zwei drive-Systeme beschrieben, welche für die Implementierung der genetischen Manipulationsstrategie entwickelt wurden. Beide Konstrukte wurden zur Patentierung angemeldet (Patentanmeldung U30010 DPMA bzw. Aktenzeichen 102006029354.1). Zusätzlich zur deutschen wurde für eines der beiden Konstrukte eine PCT-Anmeldung eingereicht, welche in Zukunft einen internationalen Patentschutz ermöglichen soll. Es werden Kalkulationen vorgelegt, welche die Verbreitungstendenzen der Konstrukte in natürlichen Populationen vorhersagen. Die Beschreibung der entwickelten Konstrukte beschränkt sich nicht auf das primäre Anwendungsgebiet der Arbeit (Malaria), sondern beinhaltet auch andere Anwendungsgebiete, vor allem im Bereich der Medizin und Molekularbiologie. / Background: Gene drive strategies are an important alternative to control tropical diseases such as malaria. Results: Here we introduce a new gene drive strategy based on gene conversion constructs. We identify a gene drive strategy both for plasmodia and for anopheles including design of an inducible modification vector. Our constructs are based on group II introns or homing endonuclease genes. They include besides the intron to modify vector or parasite genome sites inducible promoters for gene activation. We thus separate gene modification from activation of the modified gene. Moreover, we provide a detailed list of suitable targets in vector and plasmodia for the modification strategy. Finally, we discuss the control effect of an eradication strategy versus a mild strategy of the gene construct for vector and parasite populations. Conclusions: A new eukaryotic vector and parasite control strategy using gene drive systems is presented and discussed.