2001 und 2004 kam es in Afrika in Kamerun und an der Elfenbeinküste zu mehreren Todesfällen unter Menschenaffen. Erste molekulargenetische und histologische Untersuchungen ließen nach Ausschluss von viralen letalen Erkrankungen zunächst eine Infektion mit einem neuen Stamm von B. anthracis vermuten. Weiterführende molekulargenetische Analysen sowie die Genomsequenzierung eines Stammes von der Elfenbeinküste führten allerdings dazu, die neuen Stämme als B. cereus biovar anthracis zu bezeichnen, da trotz Vorhandenseins der Virulenzplasmide pXO1 und pXO2 eine engere Verwandtschaft zu B. cereus vorliegt als zu Vertretern von B. anthracis. In der vorliegenden Arbeit wurden die Primärisolate CI (Elfenbeinküste) und CA (Kamerun) und verschiedene Subklone mittels mikrobiologischen, molekulargenetischen und immunologischen Methoden charakterisiert und mit bekannten Vertretern der B. cereus-Gruppe verglichen. Dabei stand vor allem die Untersuchung der Virulenzmechanismen im Vordergrund. Alle sechs einbezogenen afrikanischen Bacillus-Isolate sind in der Lage, die für B. anthracis charakteristischen und auf den Plasmiden pXO1 und pXO2 kodierten Virulenzfaktoren Protektives Antigen, Letal- und Ödemfaktor und die spezifische Polyglutaminsäurekapsel zu bilden. Außerdem produzieren alle Isolate im Gegensatz zu B. anthracis oder B. cereus zusätzlich einen zweiten Kapseltyp, der wahrscheinlich aus Hyaluronsäure besteht. Es konnte gezeigt werden, dass die Regulation der Virulenzfaktoren bei B. cereus bv anthracis und B. anthracis vergleichbar ist. Hierzu wurden Genexpressionsanalysen mittels Real-Time RT-PCR durchgeführt, bei denen die Gene für die Synthese von Toxinen und Kapsel, sowie der Plasmid- kodierte Regulator acpA untersucht wurden. Unter wirtsähnlichen Kulturbedingungen, die durch Bikarbonatzusatz im Medium und CO2-haltige Atmosphäre simuliert werden können, erfolgt eine verstärkte Expression der Zielgene pagA, cya, capB und acpA. Die bei B. anthracis und B. cereus bv anthracis vergleichbare Expressionssteigerung führt zu einer erhöhten Produktion der Kapsel und der Toxinkomponenten, die bei B. anthracis jedoch für die Toxine etwas stärker ausgeprägt zu sein scheint. Dies konnte in Immunoblot-Analysen mit spezifischen Antikörpern gezeigt werden. Der Transkriptionsregulator PlcR, der bei Vertretern der B. cereus-Gruppe die Expression einer Vielzahl von virulenzassoziierten Genen reguliert, ist bei B. anthracis aufgrund einer charakteristischen nonsense-Mutation inaktiv. Diese Mutation liegt bei B. cereus bv anthracis zwar nicht vor, allerdings ist PlcR aufgrund einer Insertion im kodierenden Gen dennoch inaktiv. Bestätigt werden konnte dies unter anderem dadurch, dass eine plcR-regulierte Phospholipase, die von B. cereus und B. thuringiensis gebildet wird, nicht nachgewiesen werden konnte. Die Inaktivität von PlcR ist auch die Ursache für die fehlende Hämolyse von B. cereus bv anthracis, die für Stämme von B. cereus und B. thuringiensis chrakteristisch ist, und als Abgrenzungskriterium zu B. anthracis herangezogen wird. Interessanterweise wachsen zwei Subklone von CI mit ausgeprägter β-Hämolyse, obwohl auch hier keine PI-PLC-Aktivität nachweisbar ist. Die Gründe hierfür konnten in der vorliegenden Arbeit nicht hinreichend geklärt werden. Eine Infektion von Makrophagen mit Sporen von B. cereus bv anthracis zeigte im Gegensatz zu B. anthracis keinerlei Auswachsen der Sporen zu vegetativen Zellen oder intrazelluläre Vermehrung. Möglicherweise sind Mutationen bei B. cereus bv anthracis in zwei verschiedenen Keimungsoperons, die für die Keimung innerhalb von Makrophagen essentiell sind, die Ursache dafür. Insgesamt bleibt der Ursprung der afrikanischen Bacillus-Stämme unklar, auch wenn eine enge Verwandtschaft zu B. anthracis nicht nur wegen der vergleichbaren Pathogenität eindeutig ist.
In 2001 and 2004 several great apes died of an Anthrax-like disease in Cameroon and the Côte d´Ivoire on the African continent. PCR analysis and histological studies of carcasses led to the assumption that the animals died due to infection with a new strain of B. anthracis. Further molecular genetic methods and sequencing of one of the isolates from Côte d´Ivoire revealed a close relationship of the new strains to B. cereus rather than B. anthracis, even though both characteristic virulence plasmids pXO1 and pXO2 are present. Therefore the African isolates were designated as B. cereus biovar anthracis CI (for Côte d´Ivoire) and CA (for Cameroon). In the thesis presented here, two primary isolates and four subclones were analyzed by microbiological, immunological and molecular genetic methods and results were compared to those of classic B. anthracis, B. cereus and B. thuringiensis. All six African Bacillus isolates tested are able to produce the pXO1-encoded toxin components protective antigen, lethal and edema factor as well as the pXO2-encoded polyglutamic acid capsule. In addition, a second type of capsule, presumably composed of hyaluronic acid, is produced by all isolates, but cannot be found on B. anthracis or other strains of the B. cereus-group. On the other hand, a comparable regulation system of virulence factors could be displayed for B. cereus bv anthracis and B. anthracis. Using Real-Time RT-PCR, expression analysis of different genes encoding capsule and toxins as well as the plasmid-encoded regulator acpA was conducted. Under host-related culture conditions in medium containing bicarbonate and CO2, increased expression of pagA, cya, capB and acpA could be detected. Levels of enhanced expression of B. cereus bv anthracis and B. anthracis were comparable and led to increased production of capsule and toxins. Using Western Blot analysis with specific antibodies, a slightly pronounced effect related to increased secretion of toxins was observed for cultures of B. anthracis. The transcriptional regulator PlcR regulates the expression of many virulence-associated genes in members of the B. cereus-group but is inactive in B. anthracis due to a characteristic nonsense-mutation. Although this specific mutation is missing in B. cereus bv anthracis, the regulator is also inactive since an insertion is present in the plcR gene. The inactivity of the regulator was confirmed by the lack of a plcR-regulated phospholipase that could not be detected in cultures of B. anthracis and B. cereus bv anthracis but was detectable in B. cereus and B. thuringiensis strains. The inactivity of PlcR also causes non- hemolytic growth of B. cereus bv anthracis on blood agar. As strains of B. cereus and B. thuringiensis display β-hemolysis in contrast to B. anthracis, growth on blood agar is used to discriminate B. anthracis from other members of the B. cereus group. Interestingly, two subclones of the CI-isolate show hemolysis even though no PI-PLC-activity is detectable. No adequate explanation for this could be found in the study presented here. In contrast to B. anthracis, infecting macrophages with spores of B. cereus bv anthracis displayed no intracellular outgrowth into vegetative bacteria or replication. Therefore mutations within two different germination operons essential for germination in macrophages in B. cereus bv anthracis might be causal. Finally the source of the new African Bacillus isolates remains unclear, even though a close relationship to B. anthracis is incontrovertible.