Die zellulären Rho GTPasen kontrollieren und regulieren zentrale elementare Zellvorgänge wie Phagozytose, Migration und epitheliale Integrität. Aufgrund ihrer zentralen Stellung, interagiert eine Vielzahl von bakteriellen Cytotoxinen und Modulinen mit den Rho GTPasen und wirken so als Pathogenitätsfaktoren. Die zur W-xxx-E Familie gehörenden Effektoren IpgB1 und IpgB2 von Shigella und Map von E. coli (Pathotypen EHEC und EPEC) werden über ein Typ 3 Sekretionssystem (T3SS) in Wirtszellen injiziert und wirken als Rac1, RhoA bzw. Cdc42 GEF Mimetikum. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effektor Funktionen von IpgB1 IpgB2 und Map mit Hilfe des Yersinia (Ysc)-T3SS untersucht, was zur Etablierung der „Yersinia-Toolbox“ führte. Damit können heterologe Effektoren isoliert im physiologischen Kontext der Erreger-Zell-Interaktion zellbiologisch untersucht werden unter Vermeidung von simultaner Injektion redundanter oder unbekannter Effektoren. Zur Etablierung der Yersinia-Toolbox wurden zunächst die Gene für die Rho GTPasen modulierenden Shigella Effektoren IpgB1 und IpgB2 sowie der E. coli (EHEC)-Effektor Map mit unterschiedlich langen Gensequenzen der N-terminalen Bereiche des Yersinia-Effektorproteins YopE fusioniert (Hybridproteine: YopEi-X:i = 18, 53 bzw. 138 Aminosäurereste, X = IpgB1, IpgB2 bzw. Map). In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass die Hybridproteine YopE53-X und YopE138-X (X=IpgB1, IpgB2, Map) in den Kulturüberstand sezerniert bzw. in Zielzellen injiziert wurden. In einem weiteren Schritt konnte die zellbiologische Aktivität der heterologen Proteine fluoreszenzmikroskopisch durch Aktinzytoskelettumlagerungen gezeigt werden. So wurden „Membrane Ruffles“ (Rac1-Aktivierung) durch YopE138-IpgB1, Stressfasern (RhoA-Aktivierung) durch E138-IpgB2 und „Mikrospikes“ (Cdc42-Aktivierung) durch YopE138-Map nachgewiesen. Invasionstudien zeigten, dass YopEi-IpgB1 (i = 53, 138) die Yersinia-Invasion induzierte, wohingegen YopEi-IpgB2 die Invasionsrate der Stämme WA (pT3SS, pEi-IpgB2) (i=53, 138) verglichen mit dem Stamm WA (pT3SS) reduziert war. Durch Kombination verschiedener Yersinia-Toolbox-Stämme konnte im Co-Infektionsmodell mit HeLa-Zellen gezeigt werden, dass (1) die YopE138-IpgB1 vermittelte Invasion durch YopE138-IpgB2 signifikant inhibiert werden kann, was auf eine antagonistische Wirkung zwischen IpgB1 und IpgB2 schließen lässt, dass (2) YopT ebenfalls die IpgB1 vermittelte Invasionsrate reduziert (inhibitorische Wirkung auf Rac1), und dass (3) YopE als GAP für RhoG/Rac1 (bevorzugt RhoG) praktisch nicht die IpgB1-vermittelte Invasion hemmt. Durch Klonierung der YopE138-IpgB1 und YopE138-IpgB2 kodierenden Fusionsgene in zwei kompatible Plasmidvektoren konnten die Hybridproteine simultan transloziert werden und die Co-Infektionsergebnisse bestätigt werden. In der Literatur ist beschrieben, dass die Ysc-Translokationspore YopB/YopD Rho-abhängig Membranporen-bedingte Zellschädigungen verursacht (LDH-Freisetzung, PI-Kernfärbung). Mit der Yersinia-Toolbox konnte mit dem Stamm WA (pT3SS) Zytoplasmamembranschädigung / Zytotoxizität nachgewiesen werden, nicht aber mit den Stämmen WA (pE138-X) X = IpgB1, IpgB2 oder Map. Co-Infektionen jedoch zeigen, dass vermehrt LDH bei der Infektion mit WA (pT3SS) + WA (pT3SS, pE138-IpgB1) detektiert wurde, wohingegen dieser Effekt von YopE138-IpgB2 in einer Co-Infektion von WA (pT3SS) + WA (pT3SS, pE138-IpgB2) inhibiert wurde. Auch hier wurde der Antagonismus zwischen IpgB1 und IpgB2 erneut sichtbar. Diese Befunde widersprechen publizierten Daten, die eine RhoA-Aktivierung/Aktinpolymerisierung mit verstärkter Porenbildung in einen Zusammenhang bringen. Rho GTPasen sind beteiligt an der Erhaltung der polarisierten Eipthelzellschichtintegrität über Adhäsionskomplexbildung. Mittels Infektion von polarisierten MDCK-Zellschichten mit verschiedenen Yersinia-Stämmen und Messung des transepithelialen elektrischen Widerstandes/Resistenz (TER) konnte gezeigt werden, dass die Ysc-T3SS vermittelte Injektion von YopE138-IpgB1 (Rac1-Aktivierung) oder YopE138-Map (Cdc42-Aktivierung) zur Abnahme der TER und damit Schädigung der Zellschichtintegrität führt, wogegen bei YopE138-IpgB2-Injektion der TER-Wert unverändert blieb. Um bakterielle Rho GTPasen-modulierende Effektorproteine detailliert untersuchen zu können und um die Rolle von Rho GTPasen im Mausinfektionsmodell mit Yersinia enterocolitica und Salmonellen zu bestimmen, wurden Mäuse mit deletierten Genen für RhoA, Rac1 bzw. Cdc42 in Makrophagen hergestellt. / Phagocytosis, migration and regulation of epithelial integrity are central cellular aspects that are controlled by the cellular Rho GTPases. In this regard, Rac1, RhoA and Cdc42 have important regulatory roles mediating various cytoskeletal rearrangements in many cell types including epithelial cells as well as professional phagocytes. Because of the central role of the Rho GTPases in cellular integrity and function, bacterial cytotoxins and modulins targeting these cellular switches are very efficient pathogenicity factors. Recently, the T3SS effectors, IpgB1, IpgB2 of Shigella and Map of E. coli (pathotype EHEC/EPEC) were assembled in one protein family sharing the common motif W-xxx-E. Members of this protein family are described to act as GEF mimics for the cellular Rho GTPases. In this study the effector functions of IpgB1, IpgB2 and Map were analyzed with the Yersinia (Ysc)-T3SS which led to the development of the “Yersinia-Toolbox”. Yersinia enterocolitica is very suitable to be used as “T3SS-Toolbox” because (1) a plasmid solely carrying the DNA fragment encoding the Ysc-T3SS without T3SS-effectors is available, (2) in difference to Salmonella and E. coli (EPEC/EHECH) the Ysc-T3SS-effector genes of Yersinia are not localized on the chromosome and (3) heterologous proteins fused to the Ysc-T3SS-effector YopE are secreted and translocated into cells. This allows the analysis of single heterologous effectors without simultanous injection of other (unknown/redundant) T3SS-effectors in a physiological context during the interaction of Yersinia with cells. To develop the Yersinia-Toolbox, the genes of the GTPase modulating effectors IpgB1, IpgB2 of Shigella and Map of E. coli (EHEC) were fused to different long sections of the N-Terminus of the Yersinia-Ysc-T3SS-effector YopE (hybrid proteins: YopEi-X: i = 18, 53 or 138 amino acid residues, X = IpgB1, IpgB2 or Map). This study demonstrates the secretion to the culture supernatent and the injection into target cells of the hybrid proteins YopE53-X and YopE138-X (X = IpgB1, IpgB2 and Map). Furthermore, cell biologic activity was detected for the YopE-X hybrid proteins by fluorescence microscopy as membrane ruffles (Rac1 activation), stress fibres (RhoA activation) and micro spikes (Cdc42 activation) occurred after injection of YopE138-IpgB1,.YopE138-IpgB2 and YopE138-Map, in respective. Invasion studies showed that YopEi-IpgB1 (i = 53, 138) induced invasion of Yersinia, whereas YopEi-IpgB2 reduced invasion of the strains WA (pT3SS, pEi-IpgB2) (i = 53, 138) compared to the strain WA (pT3SS). Combination of different Yersinia-Toolbox strains in the co-infection model with HeLa cells showed that (1) YopE138-IpgB2 reduced the YopE138-IpgB1 induced invasion suggesting an antagonism between IpgB1 and IpgB2, (2) YopT also reduced the YopE138-IpgB1 induced invasion (inhibitory function on Rac1) and (3) that YopE as GAP for RhoG/Rac1 (predominantly RhoG) did not inhibit the YopE138-IpgB1 induced invasion. Because of the construction of two different compatible plasmids carrying the genes for either YopE138-IpgB1 or YopE138-IpgB2, simultanous translocation of the hybrid proteins of one single strain was possible. These studies confirmed the results of the co-infection studies. It has been reported that the Ysc translocation pore YopB/YopD induces Rho dependent membrane pores in cells which leads to cellular damage (LDH release, PI-staining of the nucleus). In this study cellular damage / cytotoxicity was detected after an infection of HeLa cells with the Yersinia-Toolbox strain WA (pT3SS). In contrast to that no cytotoxicity was detected after an infection of HeLa cells with the Yersinia-Toolbox strains WA (pT3SS, pE138-X) X = IpgB1, IpgB2 and Map. Additionally, co-infections with the strains WA (pT3SS) and WA (pT3SS, pE138-IpgB1) resulted in an increased LDH release whereas a co-infection with the strains WA (pT3SS) and WA (pT3SS, pE138-IpgB2) led to the decrease of LDH release compared to single infections with WA (pT3SS), again suggesting an antagonism between IpgB1 and IpgB2. These results are contrary to published data, which suggest a correlation between RhoA activation dependent actin polymerisation and pore formation. The cellular Rho GTPases are involved in the maintenance of epithelial integrity of polarized cells. Infections of polarized MDCK cell layers with different Yersinia-Toolbox strains resulted in a decrease of the transepithelial electric resistance (TER) indicating a damage of the epithelial integrity after injection of YopE138-IpgB1 or YopE138-Map. The TER value was not altered after injection of YopE138-IpgB2 indicating an intact epithelial integrity. To study bacterial Rho GTPase modulating proteins in more detail and to get a deeper insight to the role of Rho GTPases in the murine infection model with Yersinia enterocolitica and Salmonella, mice with gene deletions for RhoA, Rac1 or Cdc42 in macrophages were constructed.

Yersinia enterocolitica are potentially pathogenic bacteria transmitted through the fecal oral route. Typical disease symptoms include those associated with gastrointestinal disease, although infection can also lead to more serious and invasive illnesses, particularly in sensitive populations. Previous surveys have detected Y. enterocolitica in surface water in various parts of the world, and studies have found drinking untreated water to be a possible risk factor for Y. enterocolitica infection. Methods available for the detection of Y. enterocolitica have been developed primarily for food and clinical samples and have not been tested extensively with water. More commonly used methods include culture based isolation of Yersinia spp. and polymerase chain reaction (PCR) based detection of Y. enterocolitica. Reports suggest that culture based methods available for the isolation of Y. enterocolitica may not be effective for environmental samples. Strain isolation using culture based methods is important, so that further subtyping information can be obtained for epidemiological investigations. In contrast, PCR based detection is more rapid, of higher throughput, can be highly specific and can target pathogenic strains within a species. The overall objective of this work was to evaluate culture based and PCR based methods for the detection of Y. enterocolitica in water, and to examine its prevalence in the Grand River watershed in Southwestern Ontario, Canada. Surface water in this watershed is used to provide all or part of the drinking water for approximately 500,000 people, as well as for recreational purposes. It is also one of the most heavily impacted watersheds in Canada by both agricultural and urban activities. Culture based studies compared two selective agars and four enrichment broths. Results showed that Cefsulodin Irgasan Novobiocin (CIN) agar and modified tryptic soy broth (mTSB) had greater potential for recovering Y. enterocolitica from surface water. Consequently, enrichment in mTSB followed by growth on CIN agar was used to isolate Yersinia from the Grand River. Yersinia strains were isolated from 52 out of 200 (26 %) surface water samples collected over a 17 month period. No seasonal trends were observed in isolation rates. Species isolated were typically considered to be non pathogenic species, although recent evidence suggests they may have potential virulence to humans. The majority of these strains have been found by other groups in surveys of aquatic environments. PCR methods developed targeted two Y. enterocolitica virulence genes: the ail gene, located in chromosomal DNA; and the yad A gene, located on a virulence plasmid. In surface water collected from the Grand River, the ail gene target was detected in 121 samples out of 319 (38 %) over a 29 month period and the yadA gene target was detected in 44 samples out of 206 (21 %) over a 20 month period. Both genes were detected more frequently when the water temperatures were colder. PCR-based studies conducted were quantitative, which has not previously been done with water samples. The median and maximum concentrations in samples positive for the ail gene were 40 and 2,000 cells/100 mL, and in samples positive for the yadA gene were 32 and 3,276 gene copies/100 mL, respectively. Overall results demonstrated that culture based methods are less sensitive than PCR based detection methods for specific detection of pathogenic Y. enterocolitica, suggesting that previous culture based surveys may have underestimated their potential prevalence. Furthermore, potentially pathogenic Y. enterocolitica may be present in the Grand River watershed. While Y. enterocolitica is relatively easily inactivated by traditional disinfection methods used in drinking water treatment processes, it is possible their presence poses a concern for recreational users and individuals drinking untreated water. This study suggests that further investigation is necessary to evaluate possible health risks associated with the occurrence of potentially pathogenic Y. enterocolitica in the Grand River. This work assists with the development of methods and information gathering for an emerging waterborne pathogen that has not been surveyed in the Grand River watershed, nor quantitatively surveyed in any water previously. Findings provide important information for drinking water providers and public health investigations.

Yersinia enterocolitica are potentially pathogenic bacteria transmitted through the fecal oral route. Typical disease symptoms include those associated with gastrointestinal disease, although infection can also lead to more serious and invasive illnesses, particularly in sensitive populations. Previous surveys have detected Y. enterocolitica in surface water in various parts of the world, and studies have found drinking untreated water to be a possible risk factor for Y. enterocolitica infection. Methods available for the detection of Y. enterocolitica have been developed primarily for food and clinical samples and have not been tested extensively with water. More commonly used methods include culture based isolation of Yersinia spp. and polymerase chain reaction (PCR) based detection of Y. enterocolitica. Reports suggest that culture based methods available for the isolation of Y. enterocolitica may not be effective for environmental samples. Strain isolation using culture based methods is important, so that further subtyping information can be obtained for epidemiological investigations. In contrast, PCR based detection is more rapid, of higher throughput, can be highly specific and can target pathogenic strains within a species. The overall objective of this work was to evaluate culture based and PCR based methods for the detection of Y. enterocolitica in water, and to examine its prevalence in the Grand River watershed in Southwestern Ontario, Canada. Surface water in this watershed is used to provide all or part of the drinking water for approximately 500,000 people, as well as for recreational purposes. It is also one of the most heavily impacted watersheds in Canada by both agricultural and urban activities. Culture based studies compared two selective agars and four enrichment broths. Results showed that Cefsulodin Irgasan Novobiocin (CIN) agar and modified tryptic soy broth (mTSB) had greater potential for recovering Y. enterocolitica from surface water. Consequently, enrichment in mTSB followed by growth on CIN agar was used to isolate Yersinia from the Grand River. Yersinia strains were isolated from 52 out of 200 (26 %) surface water samples collected over a 17 month period. No seasonal trends were observed in isolation rates. Species isolated were typically considered to be non pathogenic species, although recent evidence suggests they may have potential virulence to humans. The majority of these strains have been found by other groups in surveys of aquatic environments. PCR methods developed targeted two Y. enterocolitica virulence genes: the ail gene, located in chromosomal DNA; and the yad A gene, located on a virulence plasmid. In surface water collected from the Grand River, the ail gene target was detected in 121 samples out of 319 (38 %) over a 29 month period and the yadA gene target was detected in 44 samples out of 206 (21 %) over a 20 month period. Both genes were detected more frequently when the water temperatures were colder. PCR-based studies conducted were quantitative, which has not previously been done with water samples. The median and maximum concentrations in samples positive for the ail gene were 40 and 2,000 cells/100 mL, and in samples positive for the yadA gene were 32 and 3,276 gene copies/100 mL, respectively. Overall results demonstrated that culture based methods are less sensitive than PCR based detection methods for specific detection of pathogenic Y. enterocolitica, suggesting that previous culture based surveys may have underestimated their potential prevalence. Furthermore, potentially pathogenic Y. enterocolitica may be present in the Grand River watershed. While Y. enterocolitica is relatively easily inactivated by traditional disinfection methods used in drinking water treatment processes, it is possible their presence poses a concern for recreational users and individuals drinking untreated water. This study suggests that further investigation is necessary to evaluate possible health risks associated with the occurrence of potentially pathogenic Y. enterocolitica in the Grand River. This work assists with the development of methods and information gathering for an emerging waterborne pathogen that has not been surveyed in the Grand River watershed, nor quantitatively surveyed in any water previously. Findings provide important information for drinking water providers and public health investigations.

Protection of potable water supplies demands a better understanding of the factors controlling migration of disease causing bacteria in subsurface environments. In this study, the migration behaviour of the waterborne pathogenic microorganisms Escherichia coli O157:H7 and Yersinia enterocolitica was investigated in water saturated granular systems. Both facultative bacteria were grown under aerobic and anaerobic conditions and further acclimatized to a microaerophilic or fully aerated environment for 21 h. Experiments were conducted using laboratory-scale packed columns over controlled extreme dissolved oxygen (DO) concentrations. The observed differences in the transport potential of these pathogens were found to depend strongly on the antecedent growth conditions under the tested environmental settings as well with the environmental DO in certain conditions. Further microbial characterization using cell titrations and FTIR spectroscopy gave a greater insight on the source of the surface charge that was found to dominate the attachment phenomena in sand packed columns. Techniques also revealed a probable role of other cell surface macromolecules (LPS) that could account for non-DLVO behaviour. The results illustrate the importance of considering physicochemical conditions relevant to the natural subsurface environment when designing laboratory transport experiments as evidenced by variations in microbe migration as a function of the DO under growth and acclimation. / Keywords: bacterial adhesion, bacterial transport, DLVO, physicochemical characterization, dissolved oxygen, porous media.

Polyuronic acids are an important constituent of seaweed and plants, and therefore represent a significant part of global biomass, providing an abundant carbon source for both terrestrial and marine heterotrophic bacteria. Through the action of polysaccharide lyases, polyuronic acids are degraded into unsaturated monouronic acid units, which are fed into the Entner-Doudoroff pathway where they are converted into pyruvate and glyceraldehyde-3-phosphate. The first step of this pathway was thought to occur non- enzymatically. A highly conserved sequence, kdgF was found in alginate and pectin utilization loci in a diverse range of prokaryotes, in proximity to well established enzymes catalyzing steps downstream in the Entner-Doudoroff pathway and I hypothesized that KdgF was involved in the catalysis of the first step of this pathway. The kdgF genes from both Yersinia enterocolitica and a locally acquired Halomonas sp. were expressed in Escherichia coli and their activity was examined using unsaturated galacturonic acid depletion activity assays. To gain perspective on the general structure of KdgF, x-ray crystallography was used to obtain a crystal structure of both HaKdgF and YeKdgF. These crystal structures provided insight into the molecular details of catalysis by the KdgF proteins, including their putative catalytic residues and a coordinated metal binding site for substrate recognition. To elucidate amino acids that may be involved in binding and/or catalysis, mutants were created in HaKdgF, and lack of activity was observed in four mutants (Asp102A, Phe104A, Arg108A, and Gln55A). The research done in this study suggests that KdgF proteins use a metal binding site coordinated by three histidines and several additional residues to cause a change in monouronic acid, thereby, affecting the unsaturated double bond. This suggests that KdgF is involved in the first step in the Entner-Doudoroff pathway, which is the linearization of unsaturated monouronic acids. / Graduate

Campylobacter (C.) spp. und Yersinia (Y.) enterocolitica sind in Deutschland nach den Salmonellen die häufigsten Erreger der Enteritis infectiosa. Das Schwein wird als Reservoirtier für C. coli und Y. enterocolitica Bioserovar 4/O:3 angesehen. Da diese Infektionen beim Schwein zumeist klinisch inapparent verlaufen, sind sie bei der Schlachttier- und Fleischuntersuchung nicht feststellbar. Die Erreger können somit unerkannt in die Lebensmittelkette gelangen. In dieser Arbeit sollte ein Beitrag zur Epidemiologie dieser Erreger geleistet werden. Dazu wurden Prävalenzdaten in Betrieben und zum Schlachtzeitpunkt erhoben, Eintragungsquellen gesucht und genotypische Vergleiche durchgeführt. Im Zeitraum von Mai 2002 bis März 2004 wurden in vier verschiedenen Betrieben Verlaufsuntersuchungen zum Vorkommen dieser beiden Erreger durchgeführt. Dafür wurden Schweine von ihrer Geburt bis zur ihrer Schlachtung verfolgt. In drei dieser vier Betriebe wurden die Schweine konventionell, in einem ökologisch gehalten. Für die Untersuchungen wurden jeweils 100 Ferkel drei Tage nach ihrer Geburt mit einer Ohrmarke gekennzeichnet. Zu diesem Zeitpunkt erfolgte eine erste Kotprobenentnahme mittels eines sterilen Tupfers. Die Tiere mit den Marken 1-40 wurden auf Campylobacter spp. und Y. enterocolitica, die mit den Nummern 41-100 nur auf Y. enterocolitica untersucht. Eine zweite Untersuchung der Ferkel erfolgte kurz vor dem Absetzen. An diesen beiden Terminen wurden auch die Muttersauen beprobt. Nur in dem Ökobetrieb war eine Sauenuntersuchung aufgrund der Haltungsform nicht möglich. Weitere Untersuchungen wurden kurz vor dem Ausstallen aus dem Läuferstall, im Maststall und auf dem Schlachthof durchgeführt. Für den Nachweis von Y. enterocolitica wurden die Proben in ITC angereichert und auf CIN-Agar ausgestrichen. Bolton-Bouillon und mCCD-Agar wurden für die Anzucht der Campylobacter-Keime genutzt. Wie zu erwarten war, konnten hohe Prävalenzen (bis zu 100%) von C. coli nachgewiesen werden. Vor allem kurz vor dem Absetzen wurde der Erreger häufig isoliert. Aber es gab auch einen Betrieb, wo der Nachweis nur im Maststall und nur bei sehr wenigen Tieren gelang. Nicht nur in den Betrieben, sondern auch auf dem Schlachthof waren hohe Prävalenzen festzustellen. Vor allem aus dem Kot und aus den Tonsillen konnte der Erreger häufig isoliert werden. Auch die Schlachttierkörperoberfläche war häufig stark kontaminiert. Nach der Kühlung jedoch konnte der Erreger nur bei 3 von 443 (0,7%) untersuchten Tieren nachgewiesen werden. Zu bemerken ist, dass es sich hierbei nicht um C.coli, sondern um C. jejuni handelte. Auch aus einigen Umgebungsproben der Betriebe konnte C. coli isoliert werden. Die Genotypen dieser Isolate wurden mit den Genotypen zeitgleich isolierter Schweinestämme verglichen. Als Methode hierfür wurde die AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) genutzt. Dabei konnte eine enge Verwandtschaft von Schweine- und Umgebungsproben beobachtet werden. In zwei der vier Betriebe konnte Y. enterocolitica aus Kotproben isoliert werden. Der Nachweis gelang aber nur im Maststall. Hier konnten im Kot sehr hohe Prävalenzen (bis zu 65,4%) nachgewiesen werden. Sauen, Ferkel und Läufer wurden immer als negativ getestet. Zum Schlachtzeitpunkt gelang die Isolierung sehr häufig aus den Tonsillen, im Kot war der Erreger zu diesem Zeitpunkt kaum noch nachzuweisen. Alle Isolate gehörten dem humanpathogenen Bioserovar 4/O:3 an, nur eines wurde als 3/O:9 identifiziert. Aus den 458 untersuchten Umgebungsproben konnte Y. enterocolitica nicht isoliert werden. Des Weiteren wurde mittels einer PCR untersucht, ob die isolierten Yersinien ein Virulenzplasmid beherbergen. Dieses ist notwendig, um eine volle Pathogenität auszubilden. Von insgesamt 263 isolierten Stämmen konnten 236 Stämme (89,7%) als plasmidtragend identifiziert werden. Auffallend war hierbei, dass 110 von 111 Stämmen (99,1%), die im Maststall isoliert wurden, das Plasmid besaßen. Im Gegensatz dazu konnte bei den Schlachthofisolaten das Plasmid nur bei 126 von 152 Stämmen (82,9%) nachgewiesen werden. Einige Isolate eines Betriebes wurden mit Hilfe der PFGE (Pulsed Field Gel Electrophoresis) unter Nutzung des Restriktionsenzyms NotI genotypisiert. Wie in der Literatur beschrieben, war innerhalb eines Bestandes auch nur ein Genotyp zu finden. Auch die Isolate aus Kot und Tonsillen waren klonal. Ebenso waren plasmidtragende nicht von plasmidlosen Stämmen zu unterscheiden. Auch wenn fast alle Herden stark mit Campylobacter spp. belastet sind, scheint aus Sicht des Verbraucherschutzes eine Bekämpfung auf Bestandsebene nicht notwendig zu sein, da die Kühlung des Schlachtkörpers den sauerstoff- und austrocknungsempfindlichen Erreger offensichtlich sehr effektiv zurückdrängt. Anders verhält es sich bei den Yersinien. Obwohl im Schweinefleisch nur relativ selten der Erreger nachweisbar ist, so sind Schlachtnebenprodukte oft stark belastet. Vor allem durch Kreuzkontaminationen im Küchenbereich der privaten Haushalte geht vom Fleisch und von den Nebenprodukten eine nicht zu unterschätzende Gefahr aus. Da über die Epidemoiologie des Erregers auf Bestandsebene noch relativ wenig bekannt ist, kann er momentan nur auf Schlachthofebene durch Einhaltung einer strikten Hygiene in seiner Ausbreitung begrenzt werden. Auf Bestandsebene scheint die Einführung von Monitoringprogrammen sinnvoll, um stark belastete Herden zu erkennen, diese möglichst am Schluss zu schlachten und somit das Lebensmittel Schweinefleisch sicherer zu machen.

Die humane Yersiniose wird durch Lebensmittel tierischen Ursprungs übertragen und stellt aufgrund der jährlich gleichbleibend hohen Zahl übermittelter Krankheitsfälle sowie der wahrscheinlich weitaus höheren Dunkelziffer ein Problem des gesundheitlichen Verbraucherschutzes dar. Die intermittierende Ausscheidung des Erregers Yersinia enterocolitica beim klinisch unauffälligen Reservoirtier Schwein und die aufwändige Kultivierung erschweren den direkten Erregernachweis. Hier könnte der serologische Nachweis, in der Humanmedizin bereits seit langem etabliert, eine wertvolle diagnostische Hilfe sein. Die Erkennung serologisch positiver Bestände ähnlich dem Salmonellen-Monitoring und daran anschließende Hygienemaßnahmen, vor allem vor und während der Schlachtung, können den Eintrag des Erregers in die Lebensmittelkette vermindern. So wurde im Rahmen dieser Arbeit ein hochspezifisches serologisches Nachweissystem entwickelt, das durch die Verwendung rekombinanter und ausschließlich bei pathogenen Yersinien vorkommender Antigene eine hohe Sensitivität und Spezifität garantiert. Neun ausgewählte Yersinia Outer Proteins (Yops) wurden kloniert und mit spezifisch auf jedes Protein abgestimmten Bedingungen zur optimalen Expression gebracht. Durch die Evaluierung verschiedener Aufreinigungssysteme konnten schließlich reproduzierbare hochreine Antigene auch in großen Mengen hergestellt werden. Mit Blick auf eine sichere Auswertbarkeit bei der Verwendung des Testsystems in Laboratorien wurden die Antigene nicht elektrophoretisch aufgebracht, sondern mittels Sprühverfahren auf eine Nitrozellulosemembran aufliniert. Das gebrauchsfertige Testsystem, Blotstreifen von 2,5 mm Breite mit neun auflinierten, rekombinant hergestellten und Virulenzplasmid-basierenden Yersinia-Antigenen, eignet sich zur Diagnostik serologisch positiver Schweine. Mit Hilfe dieses Testsystems wurde die isotypspezifische Antikörperantwort von Schweinen im Infektionsmodell gegen den Erreger Y. enterocolitica ausgewertet. Nach zwei Vorversuchen mit jeweils zwei Schweinen wurden im Hauptversuch neun Ferkel experimentell mit einer Infektionsdosis von 5x1011 KBE per Magenschlundsonde infiziert, wobei die Tiere nach leichtem und kurzfristigem Durchfallgeschehen den Erreger symptomlos mit dem Kot ausschieden. Weitere neun Ferkel stellten eine Kontrollgruppe nicht infizierter Tiere dar. Vom Tag der Infektion bis zum Tag der Tötung (Tag 33) wurde regelmäßig bei den achtzehn Schweinen Blut, Speichel und Tränenflüssigkeit gewonnen, am letzten Tag zusätzlich Gelenkflüssigkeit und Darmsekrete. Die Auswertung der Seren im zeitlichen Verlauf zeigte deutlich die Immunogenität der Yops. Bei dominierenden Yops wie YopO, YopH, LcrV, YopD und YopE ließ sich das Einsetzen der Antikörperbildung (IgG und IgA) mit nachfolgendem Anstieg bei allen infizierten Tieren feststellen. Die früheste Bildung von Immunglobulin G konnte am Tag 10 gegen YopD verzeichnet werden, Immunglobulin A wurde gegen YopD bereits am Tag 7 gebildet. Die nicht infizierten Kontrolltiere waren im Immunoblot durchgehend negativ. In den Darmsekreten, der Gelenk- und Tränenflüssigkeit und vor allem im Speichel liessen sich mit dem entwickelten Test ebenfalls spezifische Yop- Antikörper detektieren. Der Test kann somit zur Diagnostik von Beständen mit Yersinia-Problematik herangezogen werden; er eignet sich als kompletter Kit sowohl für Labore als auch für veterinärmedizinische Praxen.

Durch die wachsende Anzahl von multiresistenten Bakterien, die auch durch den Mißbrauch von Antibiotika als Masthilfsmittel in der Tierzucht entstanden sind, erlangen alternative Methoden zur Bekämpfung bakterieller Infektionen ihre Bedeutung zurück. Diese Arbeit befaßt sich mit zwei Substanzen, um Infektionen mit Yersinia (Y.) enterocolitica einzudämmen. Es wurde in dieser Arbeit ein Bacteriocin aus Y. enterocolitica isoliert und charakterisiert. Das Reinigungschema folgte den Strategien der Phagenaufreinigung, angeschlossen wurde zur Überprüfung der Reinheit ein Gelfiltrationsschritt. Die Eigenschaften des gereinigten Enterocoliticins wurden in vitro und in vivo getestet. Im Zellkulturversuch zeigte sich das Enterocoliticin in der Abtötung von an eukaryonte Zellen adhärierten Bakterien als sehr wirksam, in eukaryonte Zellen eingewanderte Bakterien wurden hingegen nicht abgetötet. Aufgrund dieser vielversprechenden Ergebnisse wurde der Therapieansatz im Mausmodell angewendet. Das Mausmodell ist für Y. enterocolitica ein bereits erprobtes Modell. Die Tiere wurden oral infiziert, um den natürlichen Infektionsweg nachzustellen, das Enterocoliticin wurde ebenfalls oral verabreicht. Die Infektion wurde durch die Enterocoliticingabe nur unwesentlich beeinflußt, auch gelang der Nachweis des Enterocoliticins weder im Gastrointestinaltrakt noch in den Faeces. Die Therapie der infizierten Mäuse gelang auf diese Weise nicht. Weiterhin wurde ein Yersinia-Phage aus Schweinegülle isoliert, gereinigt und charakterisiert. Es handelt sich um einen T4-ähnlichen, virulenten Phagen mit einer Genomgröße von ca. 50 kbp und einem weiten Wirtsspektrum in Yersinia, das sogar speziesübergreifend ist. Da der Phage bei 37°C die Wirtszelle lysiert und durch seine hohe Wirksamkeit in vitro erschien der Phage von seinen Eigenschaften her zur Phagentherapie als geeignet. Es wurden analog zum Enterocoliticin-Tierexperiment Mäuse mit Y. enterocolitica oral infiziert, diesen Tieren wurde der Phage auf unterschiedlichen Wegen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten appliziert. Die Tiere zeigten bei der parenteralen Gabe keinerlei Unverträglichkeitserscheinungen, bei der oralen Gabe wurde der Magensaft zuvor abgepuffert. Der Therapieerfolg im Vergleich zur Kontrollgruppe war wenig vielversprechend, es zeigten sich sehr ähnliche Infektionsverläufe in Kontroll-und Therapiegruppe. Diese beiden untersuchten Alternativwege zur Behandlung von Yersiniosen erwiesen sich bei den angewendeten Methoden bislang als nicht erfolgreich, dennoch muß auf diesem Gebiet weitergeforscht werden, wie erfolgreiche Therapieansätze aus anderen Tiermodellen zeigen. Es wirken nur wenige Phagen im Organismus als Therapeutikum, dennoch müssen diese Untersuchungen unternommen werden, um im Organismus wirksame, antibakterielle Substanzen zu finden und um einen Alternativweg zur Antibiotikumtherapie zu entwickeln. / The increasing number of multi-resistant bacteria, which resulted also from the abuse of antibiotics as mast additives in animal breeding, alternative methods regain importance for the combat at bacterial infections back. In this work two substances were investigated to restrict infections with Yersinia (Y.) enterocolitica. In this study a bacteriocin from Y. enterocolitica, designated enterocoliticin, was isolated and characterized. The purification strategy followed protocols of phage isolation. The purified preparations were examined by final gel filtration step. The properties of the purifed enterocoliticin were tested in vitro and in vivo. In a cell culture assay enterocoliticin was able to kill bacteria adherent to eukaryontic cells very effectively, however, bacteria invaded into eukaryotic cells were not affected. Due to these results enterocoliticin was applied in a mouse-infection-model in a therapeutic attempt. The mouse infection model is a well established system for infections with Y. enterocolitica. The animals were orally infected with Yersinia, and the enterocoliticin was orally applied, too. The infection was only insignificantly influenced by enterocoliticin. In addition of enterocoliticin was not detected succeeded in the gastro-intestinal-tract or in the faeces. The therapy of the infected mice did not succeed in this way. Furthermore, a Yersinia phage from pig manure was isolated and characterized. It is a T4 phage like virulent phage, containing a genom of approx. 50 kbp and posessing a wide host-range in Yersinia. Because of lytic properties of the phage at 37°C and his high effectiveness in vitro the phage appeared to be for phage therapy experiments. Similarly to the enterocoliticin experiment mice were infected with Y. enterocolitica orally, these animals were treated with the phage on different application routes and different time points. The animals did not show any incompatibilities upon parenteral gift. Before oral administration of the phage the gastric juice was buffered. Therapy outcome in comparison to the control group was little promising, it revealed a very similar infection process in control group and therapy group. These two investigated alternative ways for the control of Yersinia infections did not prove successful with the applied methods, however, further research must be carried out as successful therapeutical experiments from other animal models showed. It has to be considered that not all phages are appropriate as therapeutical agent however, more studies must be conducted to find more appropriate substances, which may work as effective antibacterial substances to develop alternative ways to antibiotic therapy.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2005. / Härtill 5 uppsatser.

University, Diss., 2000--München.