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Pleurotus ostreatus has been widely used as food because of its nutritional and medicinal properties. These have been attributed to the presence of macronutrients, minerals, vitamins, and amino acids, among other secondary metabolites. There are, however, few reports on the antimicrobial activities of different classes of purified compounds from P. ostreatus. This led to the current study, the objective of which was to chemically characterize the antibiotic activities of P. ()streams against selected human pathogenic bacteria and endophytic fungi. Chemical structures were determined using spectroscopic methods and by comparison with values of related structures reported in the literature. Pure compounds from P. ostreatus were tested in vitro against pathogenic bacteria (Staphylococcus aureus and Escherichia coli) and endophytic fungi (Pencillium digitatum and Fusarium prolferatum). A new compound, (E)-5,7-dimethoxy-6-(3-methylbuta-1,3-dienyl)-2H-chromen-2-one (5-methoxy-(E)-suberodiene) (compound 2), along with ergosterol (compound I.) and 5,7-dimethoxy-6-(3-methylbut-2-enyl)-2H-chromen-2-one (toddaculin; compound 3), were isolated from the fruiting bodies of P. ostreatus. The growth of S. aureus,E proliferatum, and P. digitatum colonies was inhibited in media containing compound 2, with minimum inhibitory concentrations closely comparable to those of conventional antibiotics.
Environmental stress is detrimental to cell viability and requires an adequate reprogramming of cellular activities to maximize cell survival. We present a global analysis of the response of Escherichia coli to acute heat and osmotic stress. We combine deep sequencing of total mRNA and ribosome-protected fragments to provide a genome-wide map of the stress response at transcriptional and translational levels. For each type of stress, we observe a unique subset of genes that shape the stress-specific response. Upon temperature upshift, mRNAs with reduced folding stability up-and downstream of the start codon, and thus with more accessible initiation regions, are translationally favoured. Conversely, osmotic upshift causes a global reduction of highly translated transcripts with high copy numbers, allowing reallocation of translation resources to not degraded and newly synthesized mRNAs.
Neisseria gonorrhoeae is one of the most prevalent sexually transmitted diseases worldwide with more than 100 million new infections per year. A lack of intense research over the last decades and increasing resistances to the recommended antibiotics call for a better understanding of gonococcal infection, fast diagnostics and therapeutic measures against N. gonorrhoeae. Therefore, the aim of this work was to identify novel immunogenic proteins as a first step to advance those unresolved problems. For the identification of immunogenic proteins, pHORF oligopeptide phage display libraries of the entire N. gonorrhoeae genome were constructed. Several immunogenic oligopeptides were identified using polyclonal rabbit antibodies against N. gonorrhoeae. Corresponding full-length proteins of the identified oligopeptides were expressed and their immunogenic character was verified by ELISA. The immunogenic character of six proteins was identified for the first time. Additional 13 proteins were verified as immunogenic proteins in N. gonorrhoeae.
Pathogens such as viruses and bacteria use their envelope proteins and their adhesin lectins to recognize the glycan residues presented on the cell surface of the target tissues. This principle of recognition is used in a new electrochemical displacement sensor for the protein concanavalin A (ConA). A gold electrode was first modified with a self-assembled monolayer of a thiolated mannose/OEG conjugate and a ferrocene boroxol derivative was pre-assembled as reporter molecule onto the mannose surface. The novel tracer molecule based on a 2-hydroxymethyl phenyl boronic acid derivative binds even at neutral pH to the saccharides which could expand the application towards biological samples (i.e., urine and feces). Upon the binding of ConA, the tracer was displaced and washed away from the sensor surface leading to a decrease in the electrochemical signal. Using square wave voltammetry (SWV), the concentration of ConA in the sample solution could be determined in the dynamic concentration range established from 38 nmol L-1 to 5.76 mu mol L-1 with a reproducible detection limit of 1 mu g mL(-1) (38 nmol L-1) based on the signal-to-noise ratio (S/N=3) with fast response of 15 min. The new reporter molecule showed a reduced non-specific displacement by BSA and ribonuclease A. The sensor was also successfully transferred to the first proof of principle for the detection of Escherichia coli exhibiting a detection limit of approximately 6 x 102 cells/mL Specificity of the displacement by target protein ConA and E. coli was demonstrated since the control proteins (i.e., BSA and RNaseA) and the control E. coli strain, which lack of type 1 fimbriae, were ineffective. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
Messenger RNA acts as an informational molecule between DNA and translating ribosomes. Emerging evidence places mRNA in central cellular processes beyond its major function as informational entity. Although individual examples show that specific structural features of mRNA regulate translation and transcript stability, their role and function throughout the bacterial transcriptome remains unknown. Combining three sequencing approaches to provide a high resolution view of global mRNA secondary structure, translation efficiency and mRNA abundance, we unraveled structural features in E. coli mRNA with implications in translation and mRNA degradation. A poorly structured site upstream of the coding sequence serves as an additional unspecific binding site of the ribosomes and the degree of its secondary structure propensity negatively correlates with gene expression. Secondary structures within coding sequences are highly dynamic and influence translation only within a very small subset of positions. A secondary structure upstream of the stop codon is enriched in genes terminated by UAA codon with likely implications in translation termination. The global analysis further substantiates a common recognition signature of RNase E to initiate endonucleolytic cleavage. This work determines for the first time the E. coli RNA structurome, highlighting the contribution of mRNA secondary structure as a direct effector of a variety of processes, including translation and mRNA degradation.
Escherichia (E.) coli ist als kommensales Bakterium ein wichtiger Bestandteil des Mikrobioms von Säugern, jedoch zudem der häufigste 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. Häufig werden exVAGs auch in E. coli-Isolaten aus dem Darm gesunder Wirte nachgewiesen. Dies führte zu der Vermutung, dass exVAGs die intestinale Kolonisierung des Wirtes durch E. coli unterstützen. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, das Wissen über den Einfluss von exVAGs auf die Besiedlung und damit die Adhäsion von E. coli an Epithelzellen des Darmtraktes zu erweitern. Die Durchführung einer solch umfassenden E. coli-Populationsstudie erforderte die Etablierung neuer Screeningmethoden. Für die genotypische Charakterisierung wurden mikropartikelbasierte Multiplex-PCR-Assays zum Nachweis von 44 VAGs und der Phylogenie etabliert. Für die phänotypische Charakterisierung wurden Adhäsions- und Zytotoxizitätsassays etabliert. Die Screeningmethoden basieren auf der VideoScan-Technologie, einem automatisierten bildbasierten Multifluoreszenzdetektionssystem. Es wurden 398 E. coli-Isolate aus 13 Wildsäugerarten und 5 Wildvogelarten sowie aus gesunden und harnwegserkrankten Menschen und Hausschweinen charakterisiert. Die Adhäsionsassays hatten zum Ziel, sowohl die Adhäsionsraten als auch die Adhäsionsmuster der 317 nicht hämolytischen Isolate auf 5 Epithelzelllinien zu bestimmen. Die Zytotoxizität der 81 hämolytischen Isolate wurde in Abhängigkeit der Inkubationszeit auf 4 Epithelzelllinien geprüft. 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 Prävalenz in Isolaten aus allen Arten detektiert. Die größte 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 Adhäsionsassays zeigten, dass die meisten Isolate zelllinien-, gewebe- oder wirtsspezifisch adhärierten. Ein Drittel der Isolate adhärierte an keiner Zelllinie und nur zwei Isolate adhärierten stark an allen Zelllinien. Grundsätzlich adhärierten mehr Isolate an humanen sowie an intestinalen Zelllinien. Besonders Isolate aus Eichhörnchen und Amseln sowie aus Urin harnwegserkrankter Menschen und Hausschweine waren in der Lage, stark zu adhärieren. Hierbei bildeten die Isolate als Adhäsionsmuster diffuse Adhäsion, Mikrokolonien, Ketten und Agglomerationen. Mittels statistischer Analysen wurden Assoziationen zwischen exVAGs und einer hohen Adhäsionsrate ersichtlich. So war beispielsweise das Vorkommen von afa/dra mit einer höheren Adhäsionsrate auf Caco-2- und 5637-Zellen und von sfa/foc auf IPEC-J2-Zellen assoziiert. Die Ergebnisse der Zytotoxizitätsassays zeigten eine sehr starke und zeitabhängige Zerstörung der Monolayer aller Epithelzelllinien durch die α-Hämolysin-positiven Isolate. Auffallend war die hohe Toxizität hämolytischer Isolate aus Wildtieren gegenüber den humanen Zelllinien. Mit den innerhalb dieser Arbeit entwickelten Screeningmethoden war es möglich, große Mengen an Bakterien zu charakterisieren. Es konnte ein Überblick über 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 Adhäsionsfähigkeit und ausgeprägter Zytotoxizität als Reservoire pathogener E. coli identifiziert. Ebenso wurde eine zelllinienspezifische Adhäsion von Isolaten mit bestimmten exVAGs deutlich. Damit konnte der mögliche Einfluss von exVAGs auf die intestinale Kolonisierung bestätigt werden. In weiterführenden Arbeiten sind jedoch Expressions- und Funktionsanalysen der entsprechenden Proteine unerlässlich. Es wird anhand der Mikrokoloniebildung durch kommensale E. coli vermutet, dass Adhäsionsmuster und demzufolge Kolonisierungsstrategien, die bisher pathogenen E. coli zugeschrieben wurden, eher als generelle Kolonisierungsstrategien zu betrachten sind. Das E. coli-α-Hämolysin wirkt im Allgemeinen zytotoxisch auf Epithelzellen. Ein in der Fachliteratur diskutierter adhäsionsunterstützender Mechanismus dieses Toxins ist demnach fragwürdig. Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Screeningmethoden umfassende Analysen einer großen Anzahl an E. coli-Isolaten ermöglichen.
The standard procedure in the lab for plasmid isolation usually involves a 2-mL, 16 h over-night cultivation in 15-mL bioreaction tubes in LB medium. This is time consuming, and not suitable for high-throughput applications. This study shows that it is possible to produce plasmid DNA (pDNA) in a 1.5-mL microcentrifuge tube with only 100 L cultivation volume in less than 7 h with a simple protocol. Compared with the standard LB cultivation for pDNA production reaching a final pDNA concentration range of 1.5-4 mu g mL(-1), a 6- to 10-fold increase in plasmid concentration (from 10 up to 25 mu g mL(-1) cultivation volume) is achieved using an optimized medium with an internal substrate delivery system (EnBase (R)). Different strains, plasmids, and the applicability of different inoculation tools (i.e. different starting ODs) were compared, demonstrating the robustness of the system. Additionally, dissolved oxygen was monitored in real time online, indicating that under optimized conditions oxygen limitation can be avoided. We developed a simple protocol with a significantly decreased procedure time, enabling simultaneous handling of more samples, while a consistent quality and a higher final pDNA concentration are ensured.
Monoklonale Antikörper (mAK) sind eines der wichtigsten Biomoleküle für die Umweltanalytik und die medizinische Diagnostik. Für die Detektion von Mikroorganismen bilden sie die Grundlage für ein schnelles und präzises Testverfahren. Bis heute gibt es, aufgrund des hohen zeitlichen und materiellen Aufwandes und der unspezifischen Immunisierungsstrategien, nur wenige mAK, die spezifisch Mikroorganismen erkennen.
Zu diesem Zweck sollte ein anwendbares Verfahren für die Generierung von mAK gegen Mikroorganismen entwickelt werden, welches anhand von Escherichia coli O157:H7 und Legionella pneumophila validiert wurde. In dieser Dissertation konnten neue Oberflächenstrukturen auf den Mikroorganismen mittels vergleichender Genomanalysen und in silico Epitopanalysen identifiziert werden. Diese wurden in das Virushüllprotein VP1 integriert und für eine gezielte Immunisierungsstrategie verwendet. Für die Bestimmung antigenspezifischer antikörperproduzierender Hybridome wurde ein Immunfärbeprotokoll entwickelt und etabliert, um die Hybridome im Durchflusszytometer zu sortieren.
In der vorliegenden Studie konnten für E. coli O157:H7 insgesamt 53 potenzielle Proteinkandidaten und für L. pneumophila 38 Proteine mithilfe der bioinformatischen Analyse identifiziert werden. Fünf verschiedene potenzielle Epitope wurden für E. coli O157:H7 und drei verschiedenen für L. pneumophila ausgewählt und für die Immunisierung mit chimären VP1 verwendet. Alle Immunseren zeigten eine antigenspezifische Immunantwort. Aus den nachfolgend generierten Hybridomzellen konnten mehrere Antikörperkandidaten gewonnen werden, welche in Charakterisierungsstudien eine starke Bindung zu E. coli O157:H7 bzw. L. pneumophila vorwiesen. Kreuzreaktivitäten zu anderen relevanten Mikroorganismen konnten keine bzw. nur in geringem Maße festgestellt werden.
Folglich konnte der hier beschriebene interdisziplinäre Ansatz zur Generierung spezifischer mAK gegen Mikroorganismen nachweislich spezifische mAK hervorbringen und ist als hocheffizienter Arbeitsablauf für die Herstellung von Antikörpern gegen Mikroorganismen einsetzbar.
mRNA is translated with a non-uniform speed that actively coordinates co-translational folding of protein domains. Using structure-based homology we identified the structural domains in epoxide hydrolases (EHs) and introduced slow-translating codons to delineate the translation of single domains. These changes in translation speed dramatically improved the solubility of two EHs of metagenomic origin in Escherichia coli. Conversely, the importance of transient attenuation for the folding, and consequently solubility, of EH was evidenced with a member of the EH family from Agrobacterium radiobacter, which partitions in the soluble fraction when expressed in E. coli. Synonymous substitutions of codons shaping the slow-transiting regions to fast-translating codons render this protein insoluble. Furthermore, we show that low protein yield can be enhanced by decreasing the free folding energy of the initial 5'-coding region, which can disrupt mRNA secondary structure and enhance ribosomal loading. This study provides direct experimental evidence that mRNA is not a mere messenger for translation of codons into amino acids but bears an additional layer of information for folding, solubility and expression level of the encoded protein. Furthermore, it provides a general frame on how to modulate and fine-tune gene expression of a target protein.
Antisense transcription is common in naturally occurring genomes and is increasingly being used in synthetic genetic circuitry as a tool for gene expression control. Mutual influence on the expression of convergent genes can be mediated by antisense RNA effects and by transcriptional interference (TI). We aimed to quantitatively characterize long-range TI between convergent genes with untranslated intergenic spacers of increasing length. After controlling for antisense RNA-mediated effects, which contributed about half of the observed total expression inhibition, the TI effect was modeled. To achieve model convergence, RNA polymerase processivity and collision resistance were assumed to be modulated by ribosome trailing. The spontaneous transcription termination rate in regions of untranslated DNA was experimentally determined. Our modeling suggests that an elongating RNA polymerase with a trailing ribosome is about 13 times more likely to resume transcription than an opposing RNA polymerase without a trailing ribosome, upon head-on collision of the two.