Zugl.: Berlin, Humboldt-Univ., Diss., 2009

Diss. med. vet. Bern (kein Austausch). / Literaturverz.

The number of fungal infections is rising in Germany and worldwide. These infections are mainly caused by the opportunistic fungal pathogen C. albicans, which especially harms immunocompromised people. With increasing numbers of fungal infections, more frequent and longer lasting treatments are necessary and lead to an increase of drug resistances, for example against the clinically applied therapeutic fluconazole. Drug resistance in C. albicans can be mediated by the Multidrug resistance pump 1 (Mdr1), a membrane transporter belonging to the major facilitator family. However, Mdr1-mediated fluconazole drug resistance is caused by the pump’s regulator, the transcription factor Mrr1 (Multidrug resistance regulator 1). It was shown that Mrr1 is hyperactive without stimulation or further activation in resistant strains which is due to so called gain of function mutations in the MRR1 gene. To understand the mechanism that lays behind this constitutive activity of Mrr1, the transcription factor should be structurally and functionally (in vitro) characterized which could provide a basis for successful drug development to target Mdr1-mediated drug resistance caused by Mrr1. Therefore, the entire 1108 amino acid protein was successfully expressed in Escherichia coli. However, further purification was compromised as the protein tended to form aggregates, unsuitable for crystallization trials or further characterization experiments. Expression trials in the eukaryote Pichia pastoris neither yielded full length nor truncated Mrr1 protein. In order to overcome the aggregation problem, a shortened variant, missing the N-terminal 249 amino acids named Mrr1 ‘250’, was successfully expressed in E. coli and could be purified without aggregation. Similar to the wild type Mrr1 ‘250’, selected gain of function variants were successfully cloned, expressed and purified with varying yields and with varying purity. The Mrr1 `250’ construct contains most of the described regulatory domains of Mrr1. It was used for crystallization and an initial comparative analysis between the wild type protein and the variants. The proposed dimeric form of the transcription factor, necessary for DNA binding, could be verified for both, the wild type and the mutant proteins. Secondary structure analysis by circular dichroism measurements revealed no significant differences in the overall fold of the wild type and variant proteins. In vitro, the gain of function variants seem to be less stable compared to the wild type protein, as they were more prone to degradation. Whether this observation holds true for the full length protein’s stability in vitro and in vivo remains to be determined. The crystallization experiments, performed with the Mrr1 ‘250’ constructs, led to few small needle shaped or cubic crystals, which did not diffract very well and were hardly reproducible. Therefore no structural information of the transcription factor could be gained so far. Infections with M. tuberculosis, the causative agent of tuberculosis, are the leading cause of mortality among bacterial diseases. Especially long treatment times, an increasing number of resistant strains and the prevalence of for decades persisting bacteria create the necessity for new drugs against this disease. The cholesterol import and metabolism pathways were discovered as promising new targets and interestingly they seem to play an important role for the chronic stage of the tuberculosis infection and for persisting bacteria. In this thesis, the 3-ketoacyl-CoA thiolase FadA5 from M. tuberculosis was characterized and the potential for specifically targeting this enzyme was investigated. FadA5 catalyzes the last step of the β-oxidation reaction in the side-chain degradation pathway of cholesterol. We solved the three dimensional structure of this enzyme by X-ray crystallography and obtained two different apo structures and three structures in complex with acetyl-CoA, CoA and a hydrolyzed steroid-CoA, which is the natural product of FadA5. Analysis of the FadA5 apo structures revealed a typical thiolase fold as it is common for biosynthetic and degradative enzymes of this class for one of the structures. The second apo structure showed deviations from the typical thiolase fold. All obtained structures show the enzyme as a dimer, which is consistent with the observed dimer formation in solution. Thus the dimer is likely to be the catalytically active form of the enzyme. Besides the characteristic structural fold, the catalytic triad, comprising two cysteines and one histidine, as well as the typical coenzyme A binding site of enzymes belonging to the thiolase class could be identified. The two obtained apo structures differed significantly from each other. One apo structure is in agreement with the characteristic thiolase fold and the well-known dimer interface could be identified in our structure. The same characteristics were observed in all complex structures. In contrast, the second apo structure followed the thiolase fold only partially. One subdomain, spanning 30 amino acids, was in a different orientation. This reorientation was caused by the formation of two disulfide bonds, including the active site cysteines, which rendered the enzyme inactive. The disulfide bonds together with the resulting domain swap still permitted dimer formation, yet with a significantly shifted dimer interface. The comparison of the apo structures together with the preliminary activity analysis performed by our collaborator suggest, that FadA5 can be inactivated by oxidation and reactivated by reduction. If this redox switch is of biological importance requires further evaluation, however, this would be the first reported example of a bacterial thiolase employing redox regulation. Our obtained complex structures represent different stages of the thiolase reaction cycle. In some complex structures, FadA5 was found to be acetylated at the catalytic cysteine and it was in complex with acetyl-CoA or CoA. These structures, together with the FadA5 structure in complex with a hydrolyzed steroid-CoA, revealed important insights into enzyme dynamics upon ligand binding and release. The steroid-bound structure is as yet a unique example of a thiolase enzyme interacting with a complex ligand. The characterized enzyme was used as platform for modeling studies and for comparison with human thiolases. These studies permitted initial conclusions regarding the specific targetability of FadA5 as a drug target against M. tuberculosis infection, taking the closely related human enzymes into account. Additional analyses led to the proposal of a specific lead compound based on the steroid and ligand interactions within the active site of FadA5. / Die Zahl der Pilzinfektionen, welche hauptsächlich durch den opportunistisch-pathogenen Pilz C. albicans verursacht werden, ist nicht nur in Deutschland, sondern weltweit steigend. Die auftretenden Infektionen betreffen vor allem immunsupprimierte Personen. Dieser Anstieg an Pilzinfektionen verursacht häufigere und immer länger andauernde Behandlungen und resultiert auch im vermehrten Auftreten von Resistenzen gegen Antimykotika, unter anderem gegen das klinisch eingesetzte Fluconazol. Eine Möglichkeit der Resistenzbildung in C. albicans ist die Expression der ‚Multidrug resistance pump 1‘ (Mdr1), einer Membranpumpe, die zur Major-Facilitator-Superfamilie zählt. Diese durch Mdr1-vermittelte Fluconazolresistenz wird durch den Mdr1 regulierenden Transkriptionsfaktor Mrr1 (‚Multidrug resistance regulator 1‘) gesteuert. In resistenten C. albicans Stämmen befindet sich Mrr1 ohne weitere Stimulation oder externe Aktivierung bereits in einem hyperaktiven Zustand, der durch Mutationen mit Funktionsgewinn im MRR1 Gen verursacht wird. Um die Mechanismen, die sich hinter der konstitutiven Aktivität von Mrr1 verbergen, zu entschlüsseln, sollte dieser Transkriptionsfaktor in vitro strukturell und funktionell charakterisiert werden. Diese Charakterisierung könnte im Anschluss genutzt werden, um Wirkstoffe gegen die von Mrr1 gesteuerte und von Mdr1-vermittelte Resistenz zu entwickeln. Zu diesem Zweck, wurde das gesamte, 1108 Aminosäuren umfassende, Protein in Escherichia coli exprimiert. Die anschließende Proteinreinigung war allerdings durch Aggregatbildung beeinträchtigt, welche Kristallisationsansätze oder eine weitere Charakterisierung dieses Proteinkonstruktes verhinderten. Im Eukaryot Pichia pastoris durchgeführte Expressionsanalysen, waren leider erfolglos und weder die Expression des Volllängen-Mrr1 noch seiner verkürzten Proteinvarianten konnte nachgewiesen werden. Um Proteinaggregation zu umgehen, wurde deshalb ein N-terminal, um 249 Aminosäuren, verkürztes Proteinkonstrukt, Mrr1 ‚250‘, in E. coli exprimiert und erfolgreich, ohne Aggregation, gereinigt. Zusätzlich zum wildtypischen Mrr1 ‚250‘ Protein wurden auch ausgewählte Varianten kloniert, exprimiert und gereinigt, allerdings mit unterschiedlicher Ausbeute und Reinheit. Da das verkürzte Mrr1 ‚250‘ Protein noch immer fast alle in der Literatur beschriebenen Regulierungsdomänen besitzt, wurde es zur Kristallisation und für einen initialen Vergleich zwischen Wildtyp und Varianten genutzt. So konnte zum Beispiel die vermutete Dimerisierung des Transkriptionsfaktors sowohl für das Wildtypprotein als auch für die Varianten gezeigt werden. Eine weiterführende Untersuchung der Sekundärstruktur mittels zirkular Dichroismus Messungen zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen den Mutanten und dem Wildtypprotein. Allerdings erscheinen die Funktionsgewinn Varianten von Mrr1 in vitro instabiler als das Wildtypprotein, was sich durch stärkeren Abbau der Variantenproteine zeigt. Ob diese Beobachtungen allerdings vom verkürzten Protein auf das Gesamtprotein und dessen in vitro und in vivo Stabilität übertragbar sind, ist derzeit noch unklar. Kristallisationsansätze, die mit den verschiedenen Varianten des Mrr1 ‚250‘ Konstrukts durchgeführt wurden, führten zu sehr wenigen, nadelförmigen oder kubischen Kristallen, die kaum reproduzierbar waren und schlecht diffraktierten. Bisher konnten deshalb keine strukturellen Daten für den untersuchten Transkriptionsfaktor erhalten werden. Noch immer sind Infektionen, die durch M. tuberculosis, dem Erreger der Tuberkulose, verursacht werden die Haupttodesursache im Bereich der bakteriellen Infektionen. In diesem Zusammenhang stellen vor allem lange Behandlungszeiten, das vermehrte Auftreten resistenter Stämme und das Vorkommen persistierender Bakterien, die Jahrzehnte in ihrem Wirt überdauern können, nach wie vor große Herausforderungen dar und die Entwicklung neuer Tuberkulosemedikamente ist dringend erforderlich. Sowohl der Cholesterinimport als auch dessen Stoffwechselweg wurden als vielversprechende Wirkstoffziele identifiziert. Nicht zuletzt, da beide Mechanismen eine wichtige Rolle während der chronischen Phase der Tuberkuloseinfektion und für persistierende Bakterien zu spielen scheinen. Im Laufe dieser Arbeit wurde die 3-ketoacyl-CoA Thiolase FadA5 aus M. tuberculosis strukturell charakterisiert und auf ihre Tauglichkeit als spezifisches Wirkstoffziel hin untersucht. FadA5 katalysiert den letzten Schritt der β-Oxidation im Zuge des Seitenkettenabbaus von Cholesterin. Wir konnten die Proteinstruktur des FadA5 Proteins mittels Röntgenkristallographie ermitteln und erhielten zwei unterschiedliche apo-Strukturen sowie drei Komplexstrukturen. In den Komplexstrukturen waren entweder Acetyl-CoA, CoA oder ein hydrolisiertes Steroid-CoA, welches das natürliche Produkt von FadA5 darstellt, an das Enzym gebunden. Die Strukturanalyse der apo-Strukturen lies für eine der beiden Modelle die typische Thiolasefaltung erkennen, welche für biosynthetische und degradative Enzyme dieser Klasse üblich ist. In der zweiten apo-Struktur konnte diese Faltung nur teilweise identifiziert werden. Das Protein liegt in allen erhaltenen Strukturen als Dimer vor, was auch in Lösung beobachtet werden konnte und darauf hinweist, dass das Dimer die katalytisch aktive Form des Proteins darstellt. Neben der charakteristischen Faltung, wurde das aktive Zentrum, bestehend aus zwei Cysteinen und einem Histidin, sowie die für Thiolasen übliche Coenzym A Bindetasche identifiziert. Die erhaltenen apo-Strukturen unterschieden sich deutlich voneinander. Die zuvor beschriebene typische Dimer-Interaktionsfläche wird auch in den Komplexstrukturen beobachtet. Dahingegen war die Thiolasefaltung in der zweiten Apo-Struktur nur teilweise vorhanden, da beispielsweise eine Domäne, die 30 Aminosäuren umfasst, umorientiert vorlag. Die Bildung zweier Disulfidbrücken, welche beide katalytischen Cysteine involviert, verursachte die beschriebene Umorientierung und damit gepaart eine wahrscheinliche Inaktivität des Enzyms. Trotz der beschriebenen Umorientierung und Disulfidbrückenbildung liegt das Protein noch immer als Dimer vor, allerdings mit einer deutlich verschobenen Interaktionsfläche. Der Vergleich der beiden apo-Strukturen in Kombination mit einer vorläufigen Aktivitätsanalyse, die von unseren Kollaborationspartnern durchgeführt wurde, lassen vermuten, dass FadA5 durch Oxidation inaktiviert und durch Reduktion reaktiviert werden kann. Ob diese Redoxregulierung biologisch relevant ist, muss noch geklärt werden, allerdings wäre dies der erste beschriebene Fall einer redoxregulierten bakteriellen Thiolase. Die Komplexstrukturen stellen verschiedene Stufen der Thiolasereaktion dar. In einigen dieser Strukturen lag FadA5 am katalytischen Cystein acetyliert vor und befand sich im Komplex mit acetyl-CoA oder CoA. Durch eine weitere Struktur, in der FadA5 im Komplex mit einem hydrolisierten Steroid-CoA vorlag, konnten wichtige Einblicke in die Enzymdynamik während der Ligandenbindung und Freisetzung gewonnen werden. Die Steroid gebundene Struktur stellt derzeit ein einzigartiges Beispiel einer Thiolase im Komplex mit einem großen, mehrere Ringsysteme umfassenden Liganden dar. Das charakterisierte Enzym diente als Ausgangspunkt für Modellierungsversuche und Vergleiche mit humanen Thiolasen. Diese Analysen erlaubten initiale Schlussfolgerungen bezüglich einer Verwendung von FadA5 als spezifisches Wirkstoffziel gegen Tuberkuloseinfektionen, im Kontext verwandter humaner Enzyme. Zusätzliche Untersuchungen ermöglichten die Ausarbeitung einer spezifischen Leitsubstanz, die auf den analysierten Interaktionen zwischen dem aktiven Zentrum von FadA5 und den gebundenen Liganden basiert.

In Südafrika ist die Tuberkulose die häufigste opportunistische Infektion bei HIV-Patienten. Eine gleichzeitige Therapie mit Rifampicin führt zur Induktion von CYP-Enzymen und folglich zu kritischen Medikamenteninteraktionen mit einem relevanten Risiko für Veränderungen der Medikamentenkonzentration z.B. von EFV. Da Drugmonitoring in Südafrika nicht routinemäßig durchgeführt wird, liegen keine hinreichenden Daten über EFV-Serumkonzentrationen in dieser Population vor. In der vorliegenden Untersuchung wurden daher klinische und pharmakokinetische Daten südafrikanischer HIV-Patienten unter Therapie mit EFV und Rifampicin erhoben und unterschiedliche Einflussfaktoren auf die EFV-Serumkonzentrationen untersucht. Insgesamt wurden bei 93 erwachsenen HIV-Patienten der HIV-Tageskliniken „Delft Community Health Clinic“ und „Tygerberg hospitals“ die EFV-Serumkonzentrationen während einer Routineuntersuchung, zu einem zufälligen, dem Patienten vorher unbekannten Zeitpunkt bestimmt. Letztlich konnten 80 HIV-Patienten unter antiretroviraler Therapie mit EFV und tuberkulostatischer Therapie mit Rifampicin in die vorliegende Untersuchung einbezogen werden. Die gemessenen EFV-Serumkonzentrationen lagen zwischen 422 ng/ml und 33.023 ng/ml und ergaben einen Mittelwert von 3.437 ± 4.806 ng/ml. Davon lagen die Serumkonzentrationen bei 68 % (n = 54) der Patienten im angestrebten therapeutischen Bereich; 20 % (n = 16) lagen darüber und 10 % (n = 16) darunter. In der untersuchten Risikopopulation lagen also 32% der EFV-Serumkonzentrationen außerhalb des therapeutischen Bereichs, deutlich mehr Serumkonzentrationen als bei einer Vergleichspopulation in Deutschland (16%). Bei 88% der Patienten lagen jedoch mindestens ausreichende EFV-Serumkonzentrationen vor, obwohl durch die Enzyminduktion durch Rifampicin niedrigere EFV-Serumkonzentrationen zu erwarten gewesen wären. Es konnte ein signifikanter Unterschied in der Therapiedauer mit Rifampicin im Vergleich der Patientengruppen mit EFV-Serumkonzentrationen innerhalb und oberhalb des angestrebten therapeutischen Bereichs festgestellt werden (p = 0,033). Die Patienten in der Gruppe mit EFV-Serumkonzentrationen innerhalb des therapeutischen Bereichs nahmen Rifampicin im Durchschnitt seit 121 Tagen und somit 35 Tage länger als die Patienten in der Vergleichsgruppe ein. Eine mögliche Ursache könnte die intensivere Enzyminduktion durch konstantere bzw. höhere Serumkonzentrationen von Rifampicin sein. Der Einfluss der Therapiedauer mit Rifampicin auf die Höhe der EFV-Serumkonzentrationen konnte in anderen Studien allerdings nicht gezeigt werden. EFV-Serumkonzentrationen innerhalb des Therapeutischen Bereichs waren außerdem mit einer signifikant längeren Therapiedauer mit EFV assoziiert (p = 0,044). Dies könnte an einer mit der Therapiedauer zunehmenden Therapieadhärenz liegen, die in mehreren Studien beschrieben wurde. Eine gute Therapieadhärenz ist eine wichtige Voraussetzung für konstante EFV-Serumkonzentrationen. Bezogen auf das gesamte Patientenkollektiv konnte in der vorliegenden Untersuchung jedoch kein signifikanter Zusammenhang zwischen einer guten bzw. einer schlechten Therapieadhärenz und der Höhe der EFV-Serumkonzentrationen gezeigt werden. EFV-Serumkonzentrationen oberhalb des Therapeutischen Bereichs waren mit signifikant höheren ALT-Werten assoziiert. Unter einer Therapie mit EFV können hepatotoxische Nebenwirkungen auftreten, es scheint jedoch kein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Höhe der EFV-Serumkonzentrationen und der Höhe der Transaminasen zu bestehen. Im Einzelfall könnte bei einem HIV-Patienten mit unerklärbarem Transaminasenanstieg eine Bestimmung der EFV-Serumkonzentration sinnvoll sein, um Anhaltspunkte für eine Hepatotoxizität von EFV im Zusammenhang mit EFV-Serumkonzentrationen zu finden. Zwischen den Patientengruppen mit EFV-Serumkonzentrationen innerhalb und oberhalb des therapeutischen Bereichs zeigte sich außerdem ein signifikanter Unterschied in der ethnischen Zugehörigkeit (p = 0,046). Der Anteil der schwarzen Patienten in der Gruppe mit erhöhten Serumkonzentrationen war mit 75 % (n = 12) signifikant höher als in der Gruppe mit Serumkonzentrationen innerhalb des angestrebten Bereichs (44 %, n = 24). Der Einfluss der ethnischen Zugehörigkeit auf die EFV-Serumkonzentrationen könnte an dem in der schwarzen Bevölkerung überdurchschnittlich häufig vorkommenden Polymorphismus CYP2B6 516 TT liegen. Dieser Polymorphismus ist mit deutlich höheren EFV-Serumkonzentrationen assoziiert. In einigen Studien fanden sich insbesondere höhere EFV-Serumkonzentrationen bei schwarzen, weiblichen Patientinnen im Vergleich zu weißen, männlichen Patienten. Dieser Einfluss des Geschlechts auf die Höhe der EFV-Serumkonzentrationen konnte in der vorliegenden Untersuchung nicht gezeigt werden. Weitere Begleitmedikamente scheinen die EFV-Serumkonzentrationen zusätzlich zu beeinflussen. Bei Patienten, die zusätzlich Vitamin C einnahmen (n = 9), konnten signifikant höhere EFV-Serumkonzentrationen im Vergleich zu der Patientengruppe, die kein Vitamin C einnahmen, gemessen werden. Eine mögliche Erklärung ist die durch die Anwendung der Komplementärmedizin geförderte Stärkung des Eigenverantwortungsgefühls des Patienten und der Akzeptanz gegenüber der Schulmedizin und einer damit einhergehenden Verbesserung der Therapieadhärenz. Es konnte kein Zusammenhang zwischen dem Alter der Patienten, dem WHO-Stadium der Erkrankung, der Höhe der CD4-Zellzahl bzw. der Viruslast oder dem EFV- Dosierungsintervall und der Höhe der EFV-Serumkonzentrationen gezeigt werden. Zusammenfassend konnten bei HIV-Patienten mit nachgewiesenermaßen enzyminduzierender Begleitmedikation mit Rifampicin weitere Einflussfaktoren auf die EFV-Serumkonzentrationen bestimmt werden. Faktoren wie ethnische Herkunft, weitere Begleitmedikamente und die Therapiedauer scheinen die EFV-Serumkonzentrationen zusätzlich zu beeinflussen. Im untersuchten Patientenkollektiv lagen allerdings bei 88% der Patienten mindestens ausreichende EFV-Serumkonzentrationen vor, sodass die Therapie als ausreichend sicher angesehen werden kann. Die Messung der EFV-Serumkonzentrationen könnte genutzt werden, um den Therapieerfolg bei HIV-Patienten unter einer antiretroviralen Therapie und einer tuberkulostatischen Begleittherapie mit Rifampicin weiter zu verbessern. / Tuberculosis is the most common opportunistic infection in HIV patients in South Africa. Tuberculostatic treatment with Rifampicin can lead to differences in plasma efavirenz concentrations due to CYP-induction. Drug monitoring of efavirenz can help to increase the safety oft the antiretroviral therapy in this risk population.

Hintergrund: Geflüchtete haben ein hohes Risiko, Multiresistente Erreger (MRE) zu tragen. Infektionen mit MRE (Multiresistente Gram-negative Bakterien [MRGN] und Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus [MRSA]) sind mit einer erhöhten Mortalität, Krankenhausaufenthaltsdauer und Krankenhauskosten assoziiert. Der Einfluss von prädisponierenden Faktoren für eine Besiedlung mit MRE ist für Geflüchtete noch unzureichend erforscht. Kenntnisse über prädisponierende Faktoren können helfen, Infektionsschutzmaßnahmen für Geflüchtete in Krankenhäusern anzupassen. Methodik: Von November 2015 bis April 2016 wurden 134 Geflüchtete am Universitätsklinikum Würzburg auf MRE im Nasen-/Rachen- (MRSA), Rektal- (MDRGN-Enterobacteriaceae, MDRGN-Pseudomonas aeruginosa) und Haut-/Rachenabstrich (MDRGN-Acinetobacter baumannii) gescreent. Ergebnisse: 62,7% von 134 gescreenten Flüchtlingen waren männlichen Geschlechts und das Durchschnittsalter lag bei 19 Jahren [IQR: 7–31]. 23,9% (n=32) zeigten einen positiven MRE-Befund (MRSA: 3,4 % von 118, 2MDRGN-Neopäd: 19,3 % von 57, 3MDRGN: 13,6 % von 125, 4MDRGN: 0 % von 125). Es wurden 25 Escherichia coli (98,3%), 3 Klebsiella pneumoniae (10,7%) und keine positiven Befunde auf Pseudomonas aeruginosa oder Acinetobacter baumannii gefunden. 3 Geflüchtete (9,6%) zeigten eine Mehrfachbesiedlung und 2 Geflüchtete (6,2%) wiesen eine durch MRE bedingte Infektionserkrankung auf (submandibulärer Abszess, Pyelonephritis). Bei 94 Geflüchteten mit vollständigem Screening waren Geflüchtete mit positivem MRE-Befund im Vergleich zu Geflüchteten mit negativem MRE-Befund jüngeren Alters (Medianalter: 8 Jahre [IQR: 3–36] vs. 24 Jahre [IQR: 14–33]) und vermehrt weiblichen Geschlechts (61,1%). Geflüchtete mit positivem MRE-Befund wiesen zudem im Vergleich vermehrt prädisponierende Faktoren auf, bspw. einen vorherigen Krankenhausaufenthalt (61,1 % vs. 35,5%), chronische Pflegebedürftigkeit (16,7 % vs. 1,3 %) oder eine Fluchtanamnese ≤ 3 Monate (80,0 % vs. 29,4 %). Schlussfolgerung: Prädisponierende Faktoren spielen eine große Rolle für eine Besiedlung mit MRE. Prospektive Studien sollten folgen, um prädisponierende Faktoren für eine Besiedlung mit MRE bei Geflüchteten besser charakterisieren zu können. / Background: Refugees are at high risk to carry multidrug-resistant organisms (MDRO). Infections with MDRO (multidrug-resistant gram-negative organisms [MDRGN] and methicillin-resistant Staphylococcus aureus [MRSA]) are associated with increased mortality, duration of hospital stay and hospital costs. The influence of risk factors for MDRO is still insufficient for refugees. Knowledge about risk factors of refugees can help to adapt infection control measures for refugees at hospitals. Methods From November 2015 to April 2016, 134 refugees were screened at the University Hospital of Würzburg for MDRO with naso/pharyngeal (MRSA), rectal swab (MDRGN-Enterobacteriaceae, MDRGN-Pseudomonas aeruginosa) and skin/pharyngeal swab (MDRGN-Acinetobacter baumannii). Results 62.7% of 134 screened refugees were masculine and the median age was 19 years [IQR: 7-31]. 23.9% (n=32) were positive for at least one MDRO (MRSA: 3.4% of 118, 2MDRGN-Neopäd: 19.3% of 57, 3MDRGN: 13.6% of 125, 4MDRGN: 0% of 125). 25 Escherichia coli (98.3%), 3 Klebsiella pneumoniae (10.7%) and neither Pseudomonas aeruginosa nor Acinetobacter baumannii were found. We detected co-colonization with 2 pathogens in 3 refugees (9.6%) and an infection of MRDO (submandibular abscess, pyelonephritis) in 2 refugees (6.2%). In a subsample of 94 refugees screened simultaneously with all swabs abovementioned, refugees with MDRO were younger (median age: 8 years [IQR: 3-36] vs. 24 years [IQR: 14-33]) and more feminine (61.1%) in comparison to MDRO-negative refugees. Refugees screened positive for MDRO had more risk factors than refuges screened negative, e.g. previous hospital stay (61.1% vs. 35.5%), presence of care level (16.7% vs. 1.3%) or duration of stay in Germany ≤3 months (80.0% vs. 29.4%). Conclusion Risk factors are associated with higher prevalence of MDRO. Prospective studies need to follow to better understand the risk factors in refugees.

Trotz der weltweit 14 Millionen Erkrankten ist die Diagnostik der Tuberkulose schwierig und langwierig - eine Therapie beeinträchtigt die Patienten unter Umständen über einen langen Zeitraum. Interferon-γ-Release-Assays (IGRAs) sollten bei ihrer Einführung im Jahr 2005 diagnostische Unsicherheiten ausräumen helfen, jedoch blieb der genaue diagnostische Wert des Tests, vor allem in Kliniken mit einer hohen Prä-Test-Wahrscheinlichkeit, unklar. Die Wertigkeit dieses Testverfahrens in der Lungenfachklinik Immenhausen zu untersuchen war daher Aufgabe der vorliegenden Arbeit. Dazu wurden von 2009 bis 2012 in dieser Klinik 112 Krankheitsfälle mit Tuberkulose retrospektiv untersucht und ausgewertet. Dabei ergab sich für den QuantiFERON®-TB Gold-Test ein positiv prädiktiver Wert von 84,8% und eine Sensitivität von 88,9%, wenn man als Referenz alle zugelassenen Nachweisverfahren heranzog. Die Sensitivität des QuantiFERON®-TB Gold war signifikant höher als die des Tuberkulin-Hauttests (p=0,0008) und der Sputum-Anreicherung (p<0,0001), während sich Kultur und QuantiFERON®-TB Gold -Test nicht signifikant unterschieden (p=0,1435). Das Ergebnis des Tuberkulin-Hauttests (in mm) und die prozentuale Auswertung des QuantiFERON®-TB Gold-Tests ließen sich in eine Korrelation bringen (p=0,0828), allerdings wären für eine Einordnung dieses Zusammenhangs mehr Falldaten vonnöten. Die Analyse der falsch-negativen Quantiferon-Tests lieferte individuelle Erklärungsmöglichkeiten, jedoch keine regelhafte Ursache. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass es sich beim QuantiFERON®-TB Gold-Test um eine gute, der Anreicherung und dem Tuberkulin-Hauttest überlegene, jedoch nicht den Goldstandard „Kultur“ verdrängende Methode zum Nachweis einer Tuberkulose handelt.

Tuberculosis is a disease that has a detrimental effect on the economic growth of South Africa. The country’s TB mortality rate is amongst the highest in the world, and the worst affected industry is mining. Effective environmental controls of tuberculosis in mining areas remain a challenge, mainly because there is a lack of quantitative data to guide the implementation of these controls. No occupational exposure limits exist for bio–aerosols, particularly Mycobacterium tuberculosis. This makes it difficult to distinguish between high– and low risk areas. It is believed that a single inhaled M. tuberculosis particle can cause the tuberculosis disease, and as this disease can deteriorate all major systems of the body, great care should be taken in the classification of an area. Aim: This study aimed to quantify the environmental presence of the M. tuberculosis bacilli in various occupational settings of a platinum mine. Method: The monitored areas are all structures above ground, and include high TB risk areas, such as the hospital TB Ward, and low TB risk areas, such as an office area. Personal monitoring of the staff in high TB risk areas has also been conducted. Monitoring was done via the PTFE filter sampling method and the SKC Bio–Sampler impinger method. The results of these two methods were compared to determine which method is more effective. The environmental variables, such as carbon dioxide and -monoxide levels, temperature (both ambient and wet– bulb), and relative humidity, were also monitored in order to identify any possible correlations between these variables and the levels of ambient TB particles. The effectiveness of the Ultraviolet Germicidal Irradiation (UVGI) system, which is in place in some of the monitored areas, was also indirectly assessed, i.e. to see if there are any M. tuberculosis particles present in an area that makes use of an UVGI system. The PCR analytical method was used to quantify the number of M. tuberculosis bacilli sampled, and the results were statistically analysed. Results: M. tuberculosis was found to be present in the office area, the laundry room, the hospital’s waiting area, the training facility, the dining room, and the mobile clinic. No M. tuberculosis particles were found in the hospital’s TB Ward and the change houses of the mine. The results showed that the PTFE filter method had a greater efficiency than the SKC Bio– Sampler in monitoring environmental M. tuberculosis particles, as the PTFE filter method yielded positive samples where the SKC Bio–Sampler did not. There is a practical significant difference between the two methods. No viable correlations between the environmental variables and M. tuberculosis prevalence were established due to the low number of samples taken. Conclusion: It seems that the effectiveness of a UVGI system is dependent on the number of people crowded into that specific area and the ventilation thereof. A UVGI system is only a precautionary measure and not a solution. There are too many factors that still need better understanding before the risk of contracting environmental TB in high risk areas of a mine can be determined. The high risk areas seem to be occupational settings that have poor ventilation, but accommodate a large number of people. The highest risk of TB infection remains close contact with infected individuals, as the results of the employee monitoring testified. / Thesis (M.Sc. (Occupational Hygiene))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2011.

Tuberculosis is a disease that has a detrimental effect on the economic growth of South Africa. The country’s TB mortality rate is amongst the highest in the world, and the worst affected industry is mining. Effective environmental controls of tuberculosis in mining areas remain a challenge, mainly because there is a lack of quantitative data to guide the implementation of these controls. No occupational exposure limits exist for bio–aerosols, particularly Mycobacterium tuberculosis. This makes it difficult to distinguish between high– and low risk areas. It is believed that a single inhaled M. tuberculosis particle can cause the tuberculosis disease, and as this disease can deteriorate all major systems of the body, great care should be taken in the classification of an area. Aim: This study aimed to quantify the environmental presence of the M. tuberculosis bacilli in various occupational settings of a platinum mine. Method: The monitored areas are all structures above ground, and include high TB risk areas, such as the hospital TB Ward, and low TB risk areas, such as an office area. Personal monitoring of the staff in high TB risk areas has also been conducted. Monitoring was done via the PTFE filter sampling method and the SKC Bio–Sampler impinger method. The results of these two methods were compared to determine which method is more effective. The environmental variables, such as carbon dioxide and -monoxide levels, temperature (both ambient and wet– bulb), and relative humidity, were also monitored in order to identify any possible correlations between these variables and the levels of ambient TB particles. The effectiveness of the Ultraviolet Germicidal Irradiation (UVGI) system, which is in place in some of the monitored areas, was also indirectly assessed, i.e. to see if there are any M. tuberculosis particles present in an area that makes use of an UVGI system. The PCR analytical method was used to quantify the number of M. tuberculosis bacilli sampled, and the results were statistically analysed. Results: M. tuberculosis was found to be present in the office area, the laundry room, the hospital’s waiting area, the training facility, the dining room, and the mobile clinic. No M. tuberculosis particles were found in the hospital’s TB Ward and the change houses of the mine. The results showed that the PTFE filter method had a greater efficiency than the SKC Bio– Sampler in monitoring environmental M. tuberculosis particles, as the PTFE filter method yielded positive samples where the SKC Bio–Sampler did not. There is a practical significant difference between the two methods. No viable correlations between the environmental variables and M. tuberculosis prevalence were established due to the low number of samples taken. Conclusion: It seems that the effectiveness of a UVGI system is dependent on the number of people crowded into that specific area and the ventilation thereof. A UVGI system is only a precautionary measure and not a solution. There are too many factors that still need better understanding before the risk of contracting environmental TB in high risk areas of a mine can be determined. The high risk areas seem to be occupational settings that have poor ventilation, but accommodate a large number of people. The highest risk of TB infection remains close contact with infected individuals, as the results of the employee monitoring testified. / Thesis (M.Sc. (Occupational Hygiene))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2011.

Tuberculosis is a major public health problem in Ethiopia. The aims of this study were (i) to investigate the recovery rate of M. tuberculosis from smear positive single morning sputum specimens subjected to long-term storage at -20°C, (ii) to assess the level and risk factors for first- and second-line anti-TB drug resistance, (iii) to evaluate the performance of the GenoType®MTBDRplus and GenoType®MTBDRsl assays for drug susceptibility testing compared to the BacT/ALERT 3D system as reference method, (iv) to analyze the frequency of gene mutations associated with resistance to isoniazid (INH), rifampicin (RMP) and ethambutol (EMB) among M. tuberculosis isolates, and (v) to study the population structure and transmission dynamics of M. tuberculosis isolates from patients in Amhara region, Northwest Ethiopia. The median specimen storage time was 132 days. Of 319 specimens, 90.0% were culture positive. The length of time of sputum storage had no significant effect on the recovery rate of M. tuberculosis. Of 260 M. tuberculosis isolates, 15.8% were resistant to at least one first-line drug, 5.0% were multidrug resistant (MDR) and 3.5% were resistant to all first-line drugs. Any resistance to INH, RMP, streptomycin (STM), EMB and pyrazinamide (PZA) was 13.8%, 5.8%, 10.0%, 7.3% and 4.6%, respectively. All isolates were susceptible to second-line drugs. The GenoType®MTBDRplus assay had a sensitivity of 92% and specificity of 99% to detect INH resistance, and 100% sensitivity and specificity to detect RMP resistance and MDR. The GenoType®MTBDRsl assay had a sensitivity of 42% and specificity of 100% to detect EMB resistance. According to the molecular methods, mutations conferring resistance to INH, RMP, or EMB were detected in 13.5%, 5.8%, and 3.1% of the isolates, respectively, while mutation conferring MDR was present in 5.0% of the isolates. Of 244 M. tuberculosis isolates, 59.0% were classified as known lineages; Dehli/CAS (38.9%), Haarlem (8.6%), Ural (3.3%), LAM (3.3%), TUR (2.0%), X-type (1.2%), S-type (0.8%), Beijing (0.4%) and Uganda II (0.4%) lineage. Interestingly, 31.6% of the isolates were grouped in to four previously undefined phylogenetic lineages and were named as Ethiopia_3 (13.1%), Ethiopia_1 (7.8%), Ethiopia_H37Rv like (7.0%) and Ethiopia_2 (3.7%) lineages. The remaining 9.4% of the isolates could not be assigned to the known or new lineages. Overall, 45.1% of the isolates were grouped in clusters, indicating high rate of recent transmission. Similarly, 66.7% of MDR strains were grouped in clusters.

Tuberculosis is a widely spread zoonotic disease caused by acid-fast bacteria of the Mycobacterium tuberculosis complex in a variety of mammalian species. In pinnipeds, tuberculosis has been reported in different captive and wild sea lions and fur seals. The causative agent, Mycobacterium pinnipedii, is part of the M. tuberculosis complex and has shown pathogenicity in other mammalian species including human beings. Since 2000 the Heidelberg zoo has been dealing with tuberculosis in its collection of South American sea lions (Otaria flavescens). After a Malayan tapir (Tapirus indicus) was transferred to a zoological institution in France it transmitted the disease to the other tapirs that succumbed to tuberculosis. Culturing and spoligotyping confirmed the origin, the sea lions at the Heidelberg zoo. An investigation of the sea lion group housed at Heidelberg in addition to different species of mammals living in adjacent exhibits as well as a sea lion, born in Heidelberg but then living in Hamburg, revealed multiple cases of pinniped tuberculosis.