@phdthesis{Rothe2013,
  author    = {Rothe, Monique},
  title     = {Response of intestinal Escherichia coli to dietary factors in the mouse intestine},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-66387},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Diet is a major force influencing the intestinal microbiota. This is obvious from drastic changes in microbiota composition after a dietary alteration. Due to the complexity of the commensal microbiota and the high inter-individual variability, little is known about the bacterial response at the cellular level. The objective of this work was to identify mechanisms that enable gut bacteria to adapt to dietary factors. For this purpose, germ-free mice monoassociated with the commensal Escherichia coli K-12 strain MG1655 were fed three different diets over three weeks: a diet rich in starch, a diet rich in non-digestible lactose and a diet rich in casein. Two dimensional gel electrophoresis and electrospray tandem mass spectrometry were applied to identify differentially expressed proteins of E. coli recovered from small intestine and caecum of mice fed the lactose or casein diets in comparison with those of mice fed the starch diet. Selected differentially expressed bacterial proteins were characterised in vitro for their possible roles in bacterial adaptation to the various diets. Proteins belonging to the oxidative stress regulon oxyR such as alkyl hydroperoxide reductase subunit F (AhpF), DNA protection during starvation protein (Dps) and ferric uptake regulatory protein (Fur), which are required for E. coli's oxidative stress response, were upregulated in E. coli of mice fed the lactose-rich diet. Reporter gene analysis revealed that not only oxidative stress but also carbohydrate-induced osmotic stress led to the OxyR-dependent expression of ahpCF and dps. Moreover, the growth of E. coli mutants lacking the ahpCF or oxyR genes was impaired in the presence of non-digestible sucrose. This indicates that some OxyR-dependent proteins are crucial for the adaptation of E. coli to osmotic stress conditions. In addition, the function of two so far poorly characterised E. coli proteins was analysed: 2 deoxy-D gluconate 3 dehydrogenase (KduD) was upregulated in intestinal E. coli of mice fed the lactose-rich diet and this enzyme and 5 keto 4 deoxyuronate isomerase (KduI) were downregulated on the casein-rich diet. Reporter gene analysis identified galacturonate and glucuronate as inducers of the kduD and kduI gene expression. Moreover, KduI was shown to facilitate the breakdown of these hexuronates, which are normally degraded by uronate isomerase (UxaC), altronate oxidoreductase (UxaB), altronate dehydratase (UxaA), mannonate oxidoreductase (UxuB) and mannonate dehydratase (UxuA), whose expression was repressed by osmotic stress. The growth of kduID-deficient E. coli on galacturonate or glucuronate was impaired in the presence of osmotic stress, suggesting KduI and KduD to compensate for the function of the regular hexuronate degrading enzymes under such conditions. This indicates a novel function of KduI and KduD in E. coli's hexuronate metabolism. Promotion of the intracellular formation of hexuronates by lactose connects these in vitro observations with the induction of KduD on the lactose-rich diet. Taken together, this study demonstrates the crucial influence of osmotic stress on the gene expression of E. coli enzymes involved in stress response and metabolic processes. Therefore, the adaptation to diet-induced osmotic stress is a possible key factor for bacterial colonisation of the intestinal environment.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Froemmel2013,
  author    = {Fr{\"o}mmel, Ulrike},
  title     = {Vergleichende geno- und ph{\"a}notypische Charakterisierung von Escherichia coli aus Menschen, Hausschweinen und Wildtieren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-69147},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Escherichia (E.) coli ist als kommensales Bakterium ein wichtiger Bestandteil des Mikrobioms von S{\"a}ugern, jedoch zudem der h{\"a}ufigste Infektionserreger des Menschen. Entsprechend des Infektionsortes werden intestinal (InPEC) und extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) unterschieden. Die Pathogenese von E. coli-Infektionen ist durch Virulenzfaktoren determiniert, welche von jeweils spezifischen virulenzassoziierten Genen (inVAGs und exVAGs) kodiert werden. H{\"a}ufig werden exVAGs auch in E. coli-Isolaten aus dem Darm gesunder Wirte nachgewiesen. Dies f{\"u}hrte zu der Vermutung, dass exVAGs die intestinale Kolonisierung des Wirtes durch E. coli unterst{\"u}tzen. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, das Wissen {\"u}ber den Einfluss von exVAGs auf die Besiedlung und damit die Adh{\"a}sion von E. coli an Epithelzellen des Darmtraktes zu erweitern. Die Durchf{\"u}hrung einer solch umfassenden E. coli-Populationsstudie erforderte die Etablierung neuer Screeningmethoden. F{\"u}r die genotypische Charakterisierung wurden mikropartikelbasierte Multiplex-PCR-Assays zum Nachweis von 44 VAGs und der Phylogenie etabliert. F{\"u}r die ph{\"a}notypische Charakterisierung wurden Adh{\"a}sions- und Zytotoxizit{\"a}tsassays etabliert. Die Screeningmethoden basieren auf der VideoScan-Technologie, einem automatisierten bildbasierten Multifluoreszenzdetektionssystem. Es wurden 398 E. coli-Isolate aus 13 Wilds{\"a}ugerarten und 5 Wildvogelarten sowie aus gesunden und harnwegserkrankten Menschen und Hausschweinen charakterisiert. Die Adh{\"a}sionsassays hatten zum Ziel, sowohl die Adh{\"a}sionsraten als auch die Adh{\"a}sionsmuster der 317 nicht h{\"a}molytischen Isolate auf 5 Epithelzelllinien zu bestimmen. Die Zytotoxizit{\"a}t der 81 h{\"a}molytischen Isolate wurde in Abh{\"a}ngigkeit der Inkubationszeit auf 4 Epithelzelllinien gepr{\"u}ft. In den E. coli-Isolaten wurde eine Reihe von VAGs nachgewiesen. Potentielle InPEC, insbesondere shigatoxinproduzierende und enteropathogene E. coli wurden aus Menschen, Hausschweinen und Wildtieren, vor allem aus Rehen und Feldhasen isoliert. exVAGs wurden mit stark variierender Pr{\"a}valenz in Isolaten aus allen Arten detektiert. Die gr{\"o}ßte Anzahl und das breiteste Spektrum an exVAGs wurde in Isolaten aus Urin harnwegserkrankter Menschen, gefolgt von Isolaten aus Dachsen und Rehen nachgewiesen. In Isolaten der phylogenetischen Gruppe B2 wurden mehr exVAGs detektiert als in den Isolaten der phylogenetischen Gruppen A, B1 und D. Die Ergebnisse der Adh{\"a}sionsassays zeigten, dass die meisten Isolate zelllinien-, gewebe- oder wirtsspezifisch adh{\"a}rierten. Ein Drittel der Isolate adh{\"a}rierte an keiner Zelllinie und nur zwei Isolate adh{\"a}rierten stark an allen Zelllinien. Grunds{\"a}tzlich adh{\"a}rierten mehr Isolate an humanen sowie an intestinalen Zelllinien. Besonders Isolate aus Eichh{\"o}rnchen und Amseln sowie aus Urin harnwegserkrankter Menschen und Hausschweine waren in der Lage, stark zu adh{\"a}rieren. Hierbei bildeten die Isolate als Adh{\"a}sionsmuster diffuse Adh{\"a}sion, Mikrokolonien, Ketten und Agglomerationen. Mittels statistischer Analysen wurden Assoziationen zwischen exVAGs und einer hohen Adh{\"a}sionsrate ersichtlich. So war beispielsweise das Vorkommen von afa/dra mit einer h{\"o}heren Adh{\"a}sionsrate auf Caco-2- und 5637-Zellen und von sfa/foc auf IPEC-J2-Zellen assoziiert. Die Ergebnisse der Zytotoxizit{\"a}tsassays zeigten eine sehr starke und zeitabh{\"a}ngige Zerst{\"o}rung der Monolayer aller Epithelzelllinien durch die α-H{\"a}molysin-positiven Isolate. Auffallend war die hohe Toxizit{\"a}t h{\"a}molytischer Isolate aus Wildtieren gegen{\"u}ber den humanen Zelllinien. Mit den innerhalb dieser Arbeit entwickelten Screeningmethoden war es m{\"o}glich, große Mengen an Bakterien zu charakterisieren. Es konnte ein {\"U}berblick {\"u}ber die Verbreitung von VAGs in E. coli aus unterschiedlichen Wirten gewonnen werden. Besonders Wildtiere wurden sowohl durch den Nachweis von VAGs in den entsprechenden Isolaten, verbunden mit deren Adh{\"a}sionsf{\"a}higkeit und ausgepr{\"a}gter Zytotoxizit{\"a}t als Reservoire pathogener E. coli identifiziert. Ebenso wurde eine zelllinienspezifische Adh{\"a}sion von Isolaten mit bestimmten exVAGs deutlich. Damit konnte der m{\"o}gliche Einfluss von exVAGs auf die intestinale Kolonisierung best{\"a}tigt werden. In weiterf{\"u}hrenden Arbeiten sind jedoch Expressions- und Funktionsanalysen der entsprechenden Proteine unerl{\"a}sslich. Es wird anhand der Mikrokoloniebildung durch kommensale E. coli vermutet, dass Adh{\"a}sionsmuster und demzufolge Kolonisierungsstrategien, die bisher pathogenen E. coli zugeschrieben wurden, eher als generelle Kolonisierungsstrategien zu betrachten sind. Das E. coli-α-H{\"a}molysin wirkt im Allgemeinen zytotoxisch auf Epithelzellen. Ein in der Fachliteratur diskutierter adh{\"a}sionsunterst{\"u}tzender Mechanismus dieses Toxins ist demnach fragw{\"u}rdig. Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Screeningmethoden umfassende Analysen einer großen Anzahl an E. coli-Isolaten erm{\"o}glichen.},
  language  = {de}
}