TY  - THES
A1  - Schell, Mareike
T1  - Investigating the effect of Lactobacillus rhamnosus GG on emotional behavior in diet-induced obese C57BL/6N mice
T1  - Untersuchung der Wirkung von Lactobacillus rhamnosus GG bei Störungen des emotionalen Verhaltens in einem Mausmodell Diät-induzierter Adipositas
N2  - The prevalence of depression and anxiety is increased in obese patients compared to healthy humans, which is partially due to a shared pathogenesis, including insulin resistance and inflammation. These factors are also linked to intestinal dysbiosis. Additionally, the chronic consumption of diets rich in saturated fats results in body weight gain, hormonal resistances and unfavorable changes in the microbiome composition. The intake of Lactobacilli has already been shown to improve dysbiosis along with metabolism and mood. Yet, the beneficial role and the underlying mechanism of Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) to improve emotional behavior in established diet-induced obese conditions are, so far, unknown. To characterize the role of LGG in diet-induced obesity, female and male C57BL/6N mice were fed a semi-synthetic low-fat diet (LFD, 10 % kcal from fat) or a conventional high-fat diet (HFD, 45 % kcal from fat) for initial 6 weeks, which was followed by daily oral gavage of vehicle or 1x10^8 CFU of LGG until the end of the experiment. Mice were subjected to basic metabolic and extensive behavioral phenotyping, with a focus on emotional behavior. Moreover, composition of cecal gut microbiome, metabolomic profile in plasma and cerebrospinal fluid was investigated and followed by molecular analyses. Both HFD-feeding and LGG application resulted in sex-specific differences. While LGG prevented the increase of plasma insulin, adrenal gland weight and hyperactivity in diet-induced obese female mice, there was no regulation of anxiodepressive-like behavior. In contrast, metabolism of male mice did not benefit from LGG application, but strikingly, LGG decreased specifically depressive-like behavior in the Mousetail Suspension Test which was confirmed by the Splash Test characterizing motivation for ’self-care’. The microbiome analysis in male mice revealed that HFD-feeding, but not LGG application, altered cecal microbiome composition, indicating a direct effect of LGG on behavioral regulation. However, in female mice, both HFD-feeding and LGG application resulted in changes of microbiome composition, which presumably affected metabolism. Moreover, as diet-induced obese female mice unexpectedly did not exhibit anxiodepressive-like behavior, follow-up analyses were conducted in male mice. Here, HFD-feeding significantly altered abundance of plasma lipids whereas LGG decreased branched chain amino acids which associated with improved emotional behavior. In nucleus accumbens (NAcc) and VTA/SN, which belong to the dopaminergic system, LGG restored HFD-induced decrease of tyrosine hydroxylase, the rate-limiting enzyme in dopamine synthesis, on gene expression level. Lastly, transcriptome analysis in the NAcc identified gene expression of cholecystokinin as a potential mediator of the effect of LGG on HFD-induced emotional alterations. In summary, this thesis revealed the beneficial effects of LGG application on emotional alterations in established diet-induced obesity. Furthermore, both HFD-feeding and LGG treatment exhibited sex-specific effects, resulting in metabolic improvements in female mice while LGG application mitigated depressive-like behavior in obese male mice along with a molecular signature of restored dopamine synthesis and neuropeptide signaling.
N2  - n adipösen Patienten liegt eine erhöhte Prävalenz von Depressionen und Angsterkrankungen vor. Dies liegt unter anderem an einer gemeinsamen Pathogenese, der eine Insulinresistenz sowie ein chronischer Entzündungszustand zugrunde liegen. Diese Faktoren sind mit einer intestinalen Dysbiose assoziiert, die auch durch eine Fehlernährung, beispielsweise mit einer fettreichen Diät, hervorgerufen werden kann. Es konnte bereits gezeigt werden, dass die Aufnahme von Laktobazillen nicht nur eine Dysbiose und den Stoffwechsel verbessert, sondern sich auch positiv auf das Gemüt auswirken kann. Ob jedoch Lactobacillus rhamnosus GG in der Lage ist, in einem Zustand der etablierten ernährungsbedingten Fettleibigkeit das emotionale Verhalten zu verbessern und welche Mechanismen zugrunde liegen, ist noch ungeklärt. Um die Rolle von LGG bei ernährungsbedingter Fettleibigkeit zu charakterisieren, wurden weibliche und männliche C57BL/6N Mäuse mit einer semi-synthetischen Niedrigfettdiät (LFD, 10 % kcal aus Fett) oder einer konventionellen Hochfettdiät (HFD, 45 % kcal aus Fett) für die ersten 6 Wochen gefüttert, um den Zustand einer Adipositas zu etablieren. Anschließend haben die Mäuse eine tägliche perorale Applikation eines Vehikels oder 1x10^8 KBE LGG bis zum Versuchsende erhalten. Die Mäuse wurden einer allgemeinen metabolischen Charakterisierung und einer umfassenden Verhaltensphänotypisierung unterzogen, die Aufschlüsse über das emotionale Verhalten liefern sollen. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung des Darmmikrobioms bestimmt, im Plasma und in der Zerebrospinalflüssigkeit das Metabolitprofil untersucht und durch molekulare Analysen ergänzt. Sowohl die HFD-Fütterung als auch die LGG-Applikation führten zu geschlechtsspezifischen Unterschieden. Während LGG den diätinduzierten Anstieg von Plasmainsulin, ein erhöhtes Nebennierengewicht und Hyperaktivität in weiblichen Mäusen verhinderte, wurde das emotionale Verhalten nicht reguliert. Im Gegensatz dazu profitierte der Stoffwechsel männlicher Mäuse nicht von der LGG-Anwendung, jedoch war LGG in der Lage, spezifisch das depressiv-ähnliches Verhalten zu verbessern, was durch eine Analyse des zielgerichteten Verhaltens bestätigt wurde. Die Mikrobiomanalyse ergab, dass die Diät, jedoch nicht LGG, die Zusammensetzung des Darmmikrobioms in männlichen Mäusen verändert, was auf eine direkte Rolle von LGG in der Verhaltensregulation hindeutet. Im Vergleich dazu war das Darmmikrobiom in weiblichen Mäusen durch die Diät als auch durch LGG verändert, was zu den positiven Veränderungen der Stoffwechselparameter geführt haben könnte. Da weibliche Mäuse weder durch die HFD-Fütterung noch durch die LGG-Gabe einen Effekt auf emotionales Verhalten aufwiesen, wurden die Folgeanalysen bei männlichen Mäusen durchgeführt. Während die HFD-Fütterung das Vorkommen von Plasmalipiden veränderte, lagen aufgrund der LGG-Gabe verzweigtkettige Aminosäuren verringert vor, was mit einem verbessertem emotionalen Verhalten assoziierte. In den dopaminergen Gehirnregionen Nucleus Accumbens (NAcc) und VTA/SN revertierte LGG die HFD-induzierte Reduktion der Tyrosinhydroxylase Genexpression, des geschwindigkeitsbegrenzenden Enzyms in der Dopaminsynthese. Abschließend wurde eine Transkriptomanalyse mittels RNA Sequencing durchgeführt, welche die Genexpression von Cholezystokinin im NAcc als potenzieller Mediator in der Wirkung von LGG bei HFD-induzierten emotionalen Veränderungen identifizierte. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit die positiven Auswirkungen der LGG-Gabe auf emotionales Verhalten bei etablierter ernährungsbedingter Fettleibigkeit gezeigt werden.. Sowohl die HFD-Fütterung als auch die LGG-Gabe führten zu geschlechtsspezifischen Effekten, was zu Stoffwechselverbesserungen bei weiblichen Mäusen führte, während die LGG-Gabe das depressiv-ähnliche Verhalten bei männlichen Mäusen abschwächte. Zudem wurden auf Genexpressionsebene Tyrosinhydroxylase und Cholezystokinin identifiziert, die potentiell den Effekt von LGG auf das emotionale Verhalten in einem Modell etablierter ernährungsbedingter Fettleibigkeit vermitteln.
KW  - obesity
KW  - insulin resistance
KW  - probiotics
KW  - lactobacillus
KW  - depression
KW  - emotionality
Y1  - 2022
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Weitkunat, Karolin
A1  - Bishop, Christopher Allen
A1  - Wittmüss, Maria
A1  - Machate, Tina
A1  - Schifelbein, Tina
A1  - Schulze, Matthias Bernd
A1  - Klaus, Susanne
T1  - Effect of microbial status on hepatic odd-chain fatty acids is diet-dependent
JF  - Nutrients / Molecular Diversity Preservation International (MDPI)
N2  - Odd-chain fatty acids (OCFA) are inversely associated with type-2-diabetes in epidemiological studies. They are considered as a biomarker for dairy intake because fermentation in ruminants yields high amounts of propionate, which is used as the primer for lipogenesis. Recently, we demonstrated endogenous OCFA synthesis from propionate in humans and mice, but how this is affected by microbial colonization is still unexplored. Here, we investigated the effect of increasing microbiota complexity on hepatic lipid metabolism and OCFA levels in different dietary settings. Germ-free (GF), gnotobiotic (SIH, simplified human microbiota) or conventional (CONV) C3H/HeOuJ-mice were fed a CHOW or high-fat diet with inulin (HFI) to induce microbial fermentation. We found that hepatic lipogenesis was increased with increasing microbiota complexity, independently of diet. In contrast, OCFA formation was affected by diet as well as microbiota. On CHOW, hepatic OCFA and intestinal gluconeogenesis decreased with increasing microbiota complexity (GF > SIH > CONV), while cecal propionate showed a negative correlation with hepatic OCFA. On HFI, OCFA levels were highest in SIH and positively correlated with cecal propionate. The propionate content in the CHOW diet was 10 times higher than that of HFI. We conclude that bacterial propionate production affects hepatic OCFA formation, unless this effect is masked by dietary propionate intake.
KW  - pentadecanoic acid (C15:0)
KW  - heptadecanoic acid (C17:0)
KW  - type-2-diabetes
KW  - fatty acid synthesis
KW  - acetate
KW  - propionate
KW  - probiotics
KW  - gut microbiota
KW  - prebiotics
KW  - inulin
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.3390/nu13051546
SN  - 2072-6643
VL  - 13
IS  - 5
PB  - MDPI
CY  - Basel
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Haß, Ulrike
A1  - Herpich, Catrin
A1  - Norman, Kristina
T1  - Anti-Inflammatory Diets and Fatigue
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Accumulating data indicates a link between a pro-inflammatory status and occurrence of chronic disease-related fatigue. The questions are whether the observed inflammatory profile can be (a) improved by anti-inflammatory diets, and (b) if this improvement can in turn be translated into a significant fatigue reduction. The aim of this narrative review was to investigate the effect of anti-inflammatory nutrients, foods, and diets on inflammatory markers and fatigue in various patient populations. Next to observational and epidemiological studies, a total of 21 human trials have been evaluated in this work. Current available research is indicative, rather than evident, regarding the effectiveness of individuals’ use of single nutrients with anti-inflammatory and fatigue-reducing effects. In contrast, clinical studies demonstrate that a balanced diet with whole grains high in fibers, polyphenol-rich vegetables, and omega-3 fatty acid-rich foods might be able to improve disease-related fatigue symptoms. Nonetheless, further research is needed to clarify conflicting results in the literature and substantiate the promising results from human trials on fatigue.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 803 
KW  - chronic fatigue
KW  - cancer
KW  - fatigue reduction diet
KW  - probiotics
KW  - polyphenols
KW  - omega-3 fatty acids
KW  - anti-inflammatory nutrition
KW  - cytokines
KW  - inflammation
KW  - myalgic encephalomyelitis
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-441172
SN  - 1866-8372
IS  - 803
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Haß, Ulrike
A1  - Herpich, Catrin
A1  - Norman, Kristina
T1  - Anti-Inflammatory Diets and Fatigue
JF  - Nutrients
N2  - Accumulating data indicates a link between a pro-inflammatory status and occurrence of chronic disease-related fatigue. The questions are whether the observed inflammatory profile can be (a) improved by anti-inflammatory diets, and (b) if this improvement can in turn be translated into a significant fatigue reduction. The aim of this narrative review was to investigate the effect of anti-inflammatory nutrients, foods, and diets on inflammatory markers and fatigue in various patient populations. Next to observational and epidemiological studies, a total of 21 human trials have been evaluated in this work. Current available research is indicative, rather than evident, regarding the effectiveness of individuals’ use of single nutrients with anti-inflammatory and fatigue-reducing effects. In contrast, clinical studies demonstrate that a balanced diet with whole grains high in fibers, polyphenol-rich vegetables, and omega-3 fatty acid-rich foods might be able to improve disease-related fatigue symptoms. Nonetheless, further research is needed to clarify conflicting results in the literature and substantiate the promising results from human trials on fatigue.
KW  - chronic fatigue
KW  - cancer
KW  - fatigue reduction diet
KW  - probiotics
KW  - polyphenols
KW  - omega-3 fatty acids
KW  - anti-inflammatory nutrition
KW  - cytokines
KW  - inflammation
KW  - myalgic encephalomyelitis
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.3390/nu11102315
SN  - 2072-6643
VL  - 11
IS  - 10
PB  - MDPI
CY  - Basel
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ganesh, Bhanu Priya
T1  - Host-microbe interactions in the inflamed gut
T1  - Wirt-Mikroben-Interaktionen im entzündenden Darm
N2  - Initiation and perpetuation of inflammatory bowel diseases (IBD) may result from an exaggerated mucosal immune response to the luminal microbiota in a susceptible host. We proposed that this may be caused either 1) by an abnormal microbial composition or 2) by weakening of the protective mucus layer due to excessive mucus degradation, which may lead to an easy access of luminal antigens to the host mucosa triggering inflammation. We tested whether the probiotic Enterococcus faecium NCIMB 10415 (NCIMB) is capable of reducing chronic gut inflammation by changing the existing gut microbiota composition and aimed to identify mechanisms that are involved in possible beneficial effects of the probiotic. To identify health-promoting mechanisms of the strain, we used interleukin (IL)-10 deficient mice that spontaneously develop gut inflammation and fed these mice a diet containing NCIMB (106 cells g-1) for 3, 8 and 24 weeks, respectively. Control mice were fed an identically composed diet but without the probiotic strain. No clear-cut differences between the animals were observed in pro-inflammatory cytokine gene expression and in intestinal microbiota composition after probiotic supplementation. However, we observed a low abundance of the mucin-degrading bacterium Akkermansia muciniphila in the mice that were fed NCIMB for 8 weeks. These low cell numbers were associated with significantly lower interferon gamma (IFN-γ) and IFN-γ-inducible protein (IP-10) mRNA levels as compared to the NCIMB-treated mice that were killed after 3 and 24 weeks of intervention. In conclusion, NCIMB was not capable of reducing gut inflammation in the IL-10-/- mouse model. To further identify the exact role of A. muciniphila and uncover a possible interaction between this bacterium, NCIMB and the host in relation to inflammation, we performed in vitro studies using HT-29 colon cancer cells. The HT-29 cells were treated with bacterial conditioned media obtained by growing either A. muciniphila (AM-CM) or NCIMB (NCIMB-CM) or both together (COMB-CM) in Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) for 2 h at 37 °C followed by bacterial cell removal. HT-29 cells treated with COMB-CM displayed reduced cell viability after 18 h (p<0.01) and no viable cells were detected after 24 h of treatment, in contrast to the other groups or heated COMB-CM. Detection of activated caspase-3 in COMB-CM treated groups indicated that death of the HT-29 cells was brought about by apoptosis. It was concluded that either NCIMB or A. muciniphila produce a soluble and heat-sensitive factor during their concomitant presence that influences cell viability in an in vitro system. We currently hypothesize that this factor is a protein, which has not yet been identified. Based on the potential effect of A. muciniphila on inflammation (in vivo) and cell-viability (in vitro) in the presence of NCIMB, we investigated how the presence of A. muciniphila affects the severity of an intestinal Salmonella enterica Typhimurium (STm)-induced gut inflammation using gnotobiotic C3H mice with a background microbiota of eight bacterial species (SIHUMI, referred to as simplified human intestinal microbiota). Presence of A. muciniphila in STm-infected SIHUMI (SIHUMI-AS) mice caused significantly increased histopathology scores and elevated mRNA levels of IFN-γ, IP-10, tumor necrosis factor alpha (TNF-α), IL-12, IL-17 and IL-6 in cecal and colonic tissue. The number of mucin filled goblet cells was 2- to 3- fold lower in cecal tissue of SIHUMI-AS mice compared to SIHUMI mice associated with STm (SIHUMI-S) or A. muciniphila (SIHUMI-A) or SIHUMI mice. Reduced goblet cell numbers significantly correlated with increased IFN-γ (r2 = -0.86, ***P<0.001) in all infected mice. In addition, loss of cecal mucin sulphation was observed in SIHUMI-AS mice. Concomitant presence of A. muciniphila and STm resulted in a drastic change in microbiota composition of the SIHUMI consortium. The proportion of Bacteroides thetaiotaomicron in SIHUMI, SIHUMI-A and SIHUMI-S mice made up to 80-90% but was completely taken over by STm in SIHUMI-AS mice contributing 94% to total bacteria. These results suggest that A. muciniphila exacerbates STm-induced intestinal inflammation by its ability to disturb host mucus homeostasis. In conclusion, abnormal microbiota composition together with excessive mucus degradation contributes to severe intestinal inflammation in a susceptible host.
N2  - Die Initiation and die Manifestation von entzündlichen Darmerkrankungen (inflammatory bowel diseases - IBD) können aus einer übersteigerten mukosalen Immunreaktion auf die luminale Mikrobiota in einem empfänglichen Wirt resultieren. Wir schlagen vor, dass dies entweder durch 1) eine abnormale mikrobielle Zusammensetzung oder 2) die Abschwächung der schützenden Schleimschicht, eingeleitet durch deren fortgeschrittenen Abbau, verursacht werden kann. Diese Entwicklung ermöglicht einen erleichterten Zugang des luminalen Antigens zu der Mukosa des Wirts und somit die Auslösung der Entzündung. Wir haben getestet, ob das probiotische Bakterium Enterococcus faecium NCIMB 10415 (NCIMB) in der Lage ist, der chronischen Darmentzündung durch Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota entgegenzuwirken und strebten an, die zugrunde liegenden Mechanismen der probiotischen Wirkungsweise zu identifizieren. Für die Aufklärung der gesundheitsfördernden Mechanismen dieses Bakterienstammes wurden Interleukin-10 defiziente Mäuse verwendet, die spontan eine Darmentzündung entwickeln. Den Mäusen wurde für 3, 8 und 24 Wochen eine NCIMB enthaltende Diät verabreicht. Nach der Fütterung waren keine eindeutigen Unterschiede zwischen den Gruppen hinsichtlich der Genexpression von pro-inflammatorischen Zytokinen und der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu beobachten, obwohl eine geringere Zellzahl des schleimabbauenden Bakteriums Akkermansia muciniphila in den mit NCIMB gefütterten Mäusen nach 8 Wochen festgestellt wurde. Daraus folgt, dass NCIMB nicht in der Lage ist, dem Verlauf der Darmentzündung im IL-10-/--Mausmodell entgegenzuwirken. In der nachfolgenden Studie wurde untersucht, wie die Anwesenheit von A. muciniphila den Ausprägungsgrad einer intestinalen Salmonella enterica Typhimurium (STm) induzierten Darmentzündung beeinflusst. Dafür wurden gnobiotische C3H-Mäuse mit einem mikrobiellen Hintergrund von acht Bakterienspezies (SIHUMI) verwendet. Die gleichzeitige Anwesenheit von A. muciniphila und STm verursachte eine drastische Veränderung der Mikrobiota-Zusammensetzung des SIHUMI-Konsortiums. Diese Ergebnisse zeigen, dass A. muciniphila durch seine Fähigkeit, die Homöostase/Selbstregulation der Schleimbildung zu stören, die STm-induzierte Darmentzündung verschärft. Es kann geschlußfolgert werden, dass eine abweichende Zusammensetzung der Mikrobiota in Kombination mit einem massiven Abbau des Mucus zur schweren intestinalen Entzündung im empfänglichen Wirt beiträgt.
KW  - IBD
KW  - probiotics
KW  - immune response
KW  - mucus
KW  - goblet cells
KW  - chronic and acute inflammation
KW  - apoptosis
KW  - commensal
KW  - cytokines
KW  - pathogen
KW  - infection
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69558
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schumann, Sara
T1  - Influence of intestinal inflammation on bacterial protein expression in monoassociated mice
T1  - Der Einfluss chronisch-entzündlicher Darmerkrankungen auf die Proteinexpression intestinaler E. coli
N2  - Background: Increased numbers of intestinal E. coli are observed in inflammatory bowel disease, but the reasons for this proliferation and it exact role in intestinal inflammation are unknown. Aim of this PhD-project was to identify E. coli proteins involved in E. coli’s adaptation to the inflammatory conditions in the gut and to investigate whether these factors affect the host. Furthermore, the molecular basis for strain-specific differences between probiotic and harmful E. coli in their response to intestinal inflammation was investigated. Methods: Using mice monoassociated either with the adherent-invasive E. coli (AIEC) strain UNC or the probiotic E. coli Nissle, two different mouse models of intestinal inflammation were analysed: On the one hand, severe inflammation was induced by treating mice with 3.5% dextran sodium sulphate (DSS). On the other hand, a very mild intestinal inflammation was generated by associating interleukin 10-deficient (IL-10-/-) mice with E. coli. Differentially expressed proteins in the E. coli strains collected from caecal contents of these mice were identified by two-dimensional fluorescence difference gel electrophoresis. Results DSS-experiment: All DSS-treated mice revealed signs of a moderate caecal and a severe colonic inflammation. However, mice monoassociated with E. coli Nissle were less affected. In both E. coli strains, acute inflammation led to a downregulation of pathways involved in carbohydrate breakdown and energy generation. Accordingly, DSS-treated mice had lower caecal concentrations of bacterial fermentation products than the control mice. Differentially expressed proteins also included the Fe-S cluster repair protein NfuA, the tryptophanase TnaA, and the uncharacterised protein YggE. NfuA was upregulated nearly 3-fold in both E. coli strains after DSS administration. Reactive oxygen species produced during intestinal inflammation damage Fe-S clusters and thereby lead to an inactivation of Fe-S proteins. In vitro data indicated that the repair of Fe-S proteins by NfuA is a central mechanism in E. coli to survive oxidative stress. Expression of YggE, which has been reported to reduce the intracellular level of reactive oxygen species, was 4- to 8-fold higher in E. coli Nissle than in E. coli UNC under control and inflammatory conditions. In vitro growth experiments confirmed these results, indicating that E. coli Nissle is better equipped to cope with oxidative stress than E. coli UNC. Additionally, E. coli Nissle isolated from DSS-treated and control mice had TnaA levels 4- to 7-fold higher than E. coli UNC. In turn, caecal indole concentrations resulting from cleavage of tryptophan by TnaA were higher in E. coli Nissle- associated control mice than in the respective mice associated with E. coli UNC. Because of its anti-inflammatory effect, indole is hypothesised to be involved in the extension of the remission phase in ulcerative colitis described for E. coli Nissle. Results IL-10-/--experiment: Only IL-10-/- mice monoassociated with E. coli UNC for 8 weeks exhibited signs of a very mild caecal inflammation. In agreement with this weak inflammation, the variations in the bacterial proteome were small. Similar to the DSS-experiment, proteins downregulated by inflammation belong mainly to the central energy metabolism. In contrast to the DSS-experiment, no upregulation of chaperone proteins and NfuA were observed, indicating that these are strategies to overcome adverse effects of strong intestinal inflammation. The inhibitor of vertebrate C-type lysozyme, Ivy, was 2- to 3-fold upregulated on mRNA and protein level in E. coli Nissle in comparison to E. coli UNC isolated from IL-10-/- mice. By overexpressing ivy, it was demonstrated in vitro that Ivy contributes to a higher lysozyme resistance observed for E. coli Nissle, supporting the role of Ivy as a potential fitness factor in this E. coli strain. Conclusions: The results of this PhD-study demonstrate that intestinal bacteria sense even minimal changes in the health status of the host. While some bacterial adaptations to the inflammatory conditions are equal in response to strong and mild intestinal inflammation, other reactions are unique to a specific disease state. In addition, probiotic and colitogenic E. coli differ in their response to the intestinal inflammation and thereby may influence the host in different ways.
N2  - Hintergrund: Chronisch entzündliche Darmerkrankungen zeichnen sich unter anderem durch eine starke Proliferation intestinaler E. coli aus. Unbekannt ist jedoch, ob diese Vermehrung eine Ursache oder eine Folge der Erkrankung darstellt. Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war es daher, E. coli-Proteine zu identifizieren, welche der Anpassung an die entzündlichen Bedingungen im Darmtrakt dienen und unter Umständen einen Effekt auf den Gesundheitszustand des Wirtes haben. Weiterhin sollten die molekularen Ursachen für stammesspezifische Unterschiede zwischen probiotischen und gesundheitsschädlichen E. coli näher untersucht werden. Methoden: In den tierexperimentellen Analysen wurden keimfreie Mäuse entweder mit dem probiotischen E. coli Nissle oder dem adhärent-invasiven E. coli UNC monoassoziiert und in zwei verschiedenen Entzündungsmodellen näher untersucht. Einerseits wurde eine starke Darmentzündung durch die Gabe von 3,5% Natrium-Dextransulfat (DSS) ausgelöst. Andererseits wurde in Interleukin 10-defizienten (IL-10-/-) Mäusen eine sehr milde Form der Entzündung durch Besiedlung mit E. coli induziert. Die E. coli Bakterien wurden am Ende der Versuche aus den Caecuminhalten der Mäuse isoliert und die bakterielle Proteinexpression wurde mittels zwei-dimensionaler Gelelektrophorese analysiert. Ergebnisse des DSS-Versuchs: Alle Tiere des DSS-Versuchs entwickelten unabhängig vom E. coli Stamm, mit dem sie besiedelt waren, eine moderate Entzündung im Caecum und eine starke im Colon, wobei die Entzündungsreaktion durch die Monoassoziation mit E. coli Nissle leicht abgeschwächt wurde. In beiden E. coli Stämmen führte die Darmentzündung zu einer verringerten Expression von Enzymen des Kohlenhydratabbaus und der Energiegewinnung. In Folge dessen waren die intestinalen Konzentrationen bakterieller Fermentationsprodukte in den entzündeten Tieren geringer als in den gesunden Kontrolltieren. Weitere differentiell exprimierte Proteine umfassen das Fe-S- Cluster Reparaturprotein NfuA, die Tryptophanase TnaA und das uncharakterisierte Protein YggE. In beiden E. coli Stämmen, welche aus den DSS-Tieren isoliert wurden, war das NfuA Protein dreifach höher exprimiert. Eine Darmentzündung führt zu einer vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, welche die Fe-S-Cluster in Eisen-Schwefel-Proteinen zerstören und damit zu einer Inaktivierung dieser Proteine führen. In vitro Untersuchungen bestätigten, dass die Reparatur der Eisen-Schwefel-Proteine durch NfuA ein wichtiger Mechanismus ist um oxidativem Stress entgegenzuwirken. Das YggE Protein, welches laut Literaturangaben einen hemmenden Einfluss auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies hat, war in E. coli Nissle 4- bis 8-fach erhöht (verglichen mit E. coli UNC unter Kontroll- und Entzündungsbedingungen). In vitro Versuche bestätigten diese Daten und zeigten, dass E. coli Nissle im Vergleich zu E. coli UNC eine erhöhte Resistenz gegenüber oxidativem Stress aufweist. Außerdem wurde im Vergleich E. coli Nissle vs. E. coli UNC (unter Entzündungs- und Kontrollbedingungen) ein 4- bis 7-fach erhöhter TnaA-Gehalt nachgewiesen. Indol, das Produkt der TnaA-katalysierten Tryptophanspaltung wurde in erhöhten Mengen im Intestinaltrakt E. coli Nissle-assoziierter Kontrolltiere detektiert. Seit längerem werden entzündungshemmende Eigenschaften für Indol postuliert, die aufgrund der Ergebnisse dieser Doktorarbeit nun auch mit den gesundheitsfördenden Eigenschaften von E. coli Nissle in Zusammenhang gebracht werden können. Ergebnisse des IL-10-/-- Versuchs: Nach einer 8-wöchigen Assoziationsdauer wurde nur in den mit E. coli UNC besiedelten IL-10-/- Tieren eine schwache Entzündungsreaktion nachgewiesen. Bedingt durch diese sehr schwach ausgeprägte Entzündungsantwort waren auch die Veränderungen im bakteriellen Proteom von E. coli UNC nur gering. Wie im DSS-Versuch waren Proteine des bakteriellen Energiestoffwechsels reprimiert, allerdings wurde keine Induktion von NfuA beobachtet. Daher scheint die Induktion von NfuA nur der Anpassung an eine starke Entzündung zu dienen. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass E. coli Nissle aus IL-10-/- Tieren den Hemmer für das vertebrate C-Typ Lysozym (Ivy) sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene stärker exprimiert als E. coli UNC. Überexpression von Ivy unter in vitro Bedingungen zeigte, dass es an der erhöhten Lysozymresistenz von E. coli Nissle beteiligt ist und somit eine Rolle als möglicher Fitnessfaktor von E. coli Nissle spielt. Schlussfolgerungen: In dieser Doktorarbeit wurde gezeigt, dass Darmentzündungen die Proteinexpression eines im Darm lebenden Bakteriums beeinflussen. Einige der aufgedeckten bakteriellen Anpassungsreaktionen werden sowohl bei einer starken als auch bei einer schwachen Entzündung ausgelöst; andere wiederum sind spezifisch für nur einen dieser Entzündungszustände. Weiterhin wurde deutlich, dass sich E. coli-Stämme hinsichtlich ihrer Reaktion auf eine Darmentzündung unterscheiden und damit möglicherweise den Wirt beeinflussen. 
KW  - E. coli
KW  - chronisch-entzündliche Darmerkrankungen
KW  - Proteom
KW  - Ivy
KW  - Probiotika
KW  - E. coli
KW  - inflammatory bowel disease
KW  - proteomics
KW  - Ivy
KW  - probiotics
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67757
ER  -