dc.contributor.author
Dupke, Susann
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:39:48Z
dc.date.available
2011-09-08T07:13:23.743Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1414
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5616
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
en
dc.format.extent
VII, 137 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
virulence factors
dc.subject
Anthrax toxins
dc.subject
Anthrax capsule
dc.subject
gene regulation
dc.subject
cell culture model
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Untersuchung der Virulenz Bacillus anthracis-ähnlicher Isolate aus West- und
Zentralafrika
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. Roland Grunow
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.date.accepted
2011-08-31
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000024961-3
dc.title.translated
Virulence analysis of Bacillus anthracis-like bacteria isolated in western and
central Africa
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000024961
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000009959
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access