Titel: Untersuchung zur Expressionsregulation des Small basic protein (Sbp) bei Biofilm-bildenden Staphylococcus epidermidis
Sprache: Deutsch
Autor*in: Krambeck, Christian Oluf Rasmus
Schlagwörter: Biofilm; Small Basic Protein
Erscheinungsdatum: 2021
Tag der mündlichen Prüfung: 2021-10-26
Zusammenfassung: 
S. epidermidis ist der häufigste Erreger Fremdmaterial-assoziierter Infektionen. Fremdmaterial-assoziierte Infektionen, wie zum Beispiel Infektionen von Gelenkendoprothesen, intravasalen Kathetern oder künstlichen Herzklappen, gehen mit einer substantiellen Morbidität und Mortalität einher. Die hohe Inzidenz dieser Erkrankungen führt außerdem zu einer signifikanten ökonomischen Mehrbelastung des Gesundheitssystems.
Die Behandlung von S. epidermidis Fremdmaterial-assoziierten Infektionen wird durch die Biofilmbildung, dem Hauptpathogenitätsfaktor des Erregers, erschwert. Die Einbettung des Erregers in bakterielle extrazelluläre Matrix erschwert den Zugriff der Wirtsimmunität und vermittelt eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika.
Der Aufbau der komplexen Architektur des Biofilms läuft in mehreren Phasen unter der Beteiligung von Polysaccharid- und Proteinfaktoren (Embp, PIA, Aap, AtlE und Sbp) sowie extrazellulärer DNA ab. Die Phasen werden unter anderem über Masterregulatoren wie SarA und Agr reguliert.
Diese Doktorarbeit widmet sich der Untersuchung der Regulation des ubiquitären und für die Biofilmbildung essentiellen Faktors des Small basic protein (Sbp) in Abhängigkeit von Kulturbedingungen, lokaler Anordnung im Biofilm und dem bakteriellen genetischen Hintergrund.
Es zeigte sich, dass Sbp, anders als viele andere Biofilmfaktoren, zu jedem Wachstumszeitpunkt exprimiert wird. Eine klare Zuordnung zu einer bestimmten Phase der Biofilmbildung konnte weder im auf Protein Ebene (Western Blot) noch auf der Ebene der Genexpression (qPCR) nachgewiesen werden. Auch hat die Art der Anzüchtung (planktonische Schüttelkultur oder statische Biofilmkultur) keinen Einfluss auf die Sbp-Expression. Der Einfluss des bakteriellen genetischen Hintergrunds wurde anhand von zwei S. epidermidis Stämmen untersucht. Der Stamm 1457 bildet einen starken, hauptsächlich Polysaccarid-basierten Biofilm, während der Stamm 1585 einen schwächeren, rein Protein-basierten Biofilm bildet. Sowohl auf mRNA- als auch auf Protein-Expressionsebene zeigte der Stamm 1457 eine erhöhte Sbp-Expression.
Der Knock-Out der zwei großen Masterregulatoren Agr und SarA hatte in beiden Stämmen keinen Einfluss auf die Sbp-Expression.
In der mikroskopischen Untersuchung von S. epidermidis Biofilmen mit Fluoreszenz-markiertem Sbp zeigte sich eine differentielle räumliche Verteilung des Proteins mit einer erhöhten Konzentration nahe der Basis des Biofilms auf dem Fremdmaterial. Diese räumlich ungleichmäßige Verteilung eines Biofilmfaktors ist bisher für S. epidermidis Biofilmfaktoren nicht beschrieben worden. Auf dem Boden dieser Beobachtung stellte sich deshalb die Frage, ob es innerhalb der Gesamtpopulation einzelne Subpopulationen gibt, welche eine stärkere oder eine geringere Sbp-Expression aufweisen?
Hierfür wurde eine FACS Analyse der S. epidermidis Stämme 1585 und 1457 mit jeweiligem Knock-out der Masterregulatoren Agr und SarA auf die unter der Kontrolle des sbp-Promotors stehenden GFP Fluoreszenz (Plasmid: pNFPsbp::gfp) in der exponenetiellen und stationären Wachstumsphase, sowohl unter planktonischen und als auch unter statischen Wachstumsbedingungen untersucht.
Bei der Auswertung dieser Ergebnisse zeigte sich, dass mindestens 96% aller Bakterienzellen eine durchschnittliche Sbp-Expression (GFPmain) aufwiesen. Dabei konnten keine klaren Subpopulationen detektiert werden.
Zusammenfassend zeigte sich während der S. epidermidis Biofilmbildung eine Wachstumsphasen-unabhängige Sbp-Expression sowohl in planktonischer, als auch stationärer Kultur. Es konnte kein Einfluss der Hauptregulatoren der Biofilmbildung Agr und SarA festgestellt werden. Geringe Unterschiede zeigten sich zwischen den beiden untersuchten Wildtypstämmen 1457 und 1585. Eine regulatorische Grundlage der differentiellen räumlichen Verteilung innerhalb des Biofilms konnte nicht zeigen werden und bedarf weiterer Experimente.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/9305
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-96578
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Rohde, Holger
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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