Die Rolle von TNFα in der Blaseninfektion

Makrophagen und neutrophile Granulozyten sind bedeutsame Phagozyten des innaten Immunsystems, die in Zusammenarbeit eine Vielzahl von bakteriellen Infektionen auflösen. Die funktionelle Spezialisierung dieser Zellen und der genaue Ablauf der innaten Abwehr konnte allerdings bislang nicht vollständig aufgeklärt werden. Mit dieser Arbeit ist es gelungen, einen weiteren Teilprozess der innaten Immunantwort zu entschlüsseln, indem eine Helfer-Funktion durch inflammatorische Makrophagen während der Zystitis aufgedeckt wurde. Im Speziellen konnte nachgewiesen werden, dass zur Auflösung einer bakteriellen Harnwegsinfektion die Kooperation zwischen drei verschiedenen Zelltypen des innaten Immunsystems notwendig ist: Ly6C- Makrophagen fungieren als residente Wächterzellen, die zirkulierende Ly6C+ Makrophagen und neutrophile Granulozyten in das infizierte Gewebe rekrutieren. Ly6C+ Makrophagen sind innate Helferzellen, die nach ihrer Rekrutierung das Zytokin TNFα produzieren, das in Ly6C- Makrophagen die Produktion von CXCL2 bewirkt. Dieses Chemokin induziert anschließend in Granulozyten die Sekretion der Metallomatrixprotease MMP9, welche die epitheliale Basalmembran degradiert und so dem Granulozyten die Wanderung in das Uroepithel ermöglicht. Im Epithel angelangt, phagozytieren und eliminieren Granulozyten anschließend die Bakterien. In dieser Arbeit konnte somit ein vorher unbekannter Helfer-Mechanismus durch Ly6C+ Makrophagen im innaten Immunsystem aufgeklärt werden, wodurch residente Makrophagen in der Koordination der epithelialen Migration von neutrophilen Granulozyten, unterstützt werden. Auf diese Weise wird letztendlich eine erfolgreiche Eliminierung der Bakterien in der Harnblase gewährleistet. In diesem Zusammenhang konnte gleichzeitig TNFα als zentraler Mediator identifiziert werden, der diese Regulation der innaten Immunantwort induziert. Es konnten weiterhin erste in vitro Daten erhoben werden, die darauf hinweisen, dass TNFα zusammen mit CXCL2 die Migrationsgeschwindigkeit von Granulozyten steuert. Für das Chemoattraktant fMLP konnten bereits Start- und Stoppsignale für Immunzellen, mit den MAP – Kinasen p38 und ERK, ermittelt werden. Mit dem Zytokin TNFα könnte somit ein potentieller Regulator für die Chemokin vermittelte Start- und Stopp – Funktion gefunden worden sein. Diese Annahme muss allerdings in Zukunft noch durch weitere Untersuchungen geklärt werden

Macrophage origin limits functional plasticity in helminth-bacterial co-infection

Rapid reprogramming of the macrophage activation phenotype is considered important in the defense against consecutive infection with diverse infectious agents. However, in the setting of persistent, chronic infection the functional importance of macrophage-intrinsic adaptation to changing environments vs. recruitment of new macrophages remains unclear. Here we show that resident peritoneal macrophages expanded by infection with the nematode Heligmosomoides polygyrus bakeri altered their activation phenotype in response to infection with Salmonella enterica ser. Typhimurium in vitro and in vivo. The nematode-expanded resident F4/80high macrophages efficiently upregulated bacterial induced effector molecules (e.g. MHC-II, NOS2) similarly to newly recruited monocyte-derived macrophages. Nonetheless, recruitment of blood monocyte-derived macrophages to Salmonella infection occurred with equal magnitude in co-infected animals and caused displacement of the nematode-expanded, tissue resident-derived macrophages from the peritoneal cavity. Global gene expression analysis revealed that although nematode-expanded resident F4/80high macrophages made an anti-bacterial response, this was muted as compared to newly recruited F4/80low macrophages. However, the F4/80high macrophages adopted unique functional characteristics that included enhanced neutrophil-stimulating chemokine production. Thus, our data provide important evidence that plastic adaptation of MΦ activation does occur in vivo, but that cellular plasticity is outweighed by functional capabilities specific to the tissue origin of the cell

Crosstalk between sentinel and helper macrophages permits neutrophil migration into infected uroepithelium.

The phagocytes of the innate immune system, macrophages and neutrophils, contribute to antibacterial defense, but their functional specialization and cooperation is unclear. Here, we report that three distinct phagocyte subsets play highly coordinated roles in bacterial urinary tract infection. Ly6C(-) macrophages acted as tissue-resident sentinels that attracted circulating neutrophils and Ly6C(+) macrophages. Such Ly6C(+) macrophages played a previously undescribed helper role: once recruited to the site of infection, they produced the cytokine TNF, which caused Ly6C(-) macrophages to secrete CXCL2. This chemokine activated matrix metalloproteinase-9 in neutrophils, allowing their entry into the uroepithelium to combat the bacteria. In summary, the sentinel macrophages elicit the powerful antibacterial functions of neutrophils only after confirmation by the helper macrophages, reminiscent of the licensing role of helper T cells in antiviral adaptive immunity. These findings identify helper macrophages and TNF as critical regulators in innate immunity against bacterial infections in epithelia

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Characterization of Gram-positive Isolates from Antartic base Concordia, the International Space Station (ISS) and Turkish food with respect to antibiotic resistance, gene transfer and biofilm formation

Die ISS und Concordia Forschungsstation sind geschlossene und isolierte Habitate inmitten einer extremen und lebensfeindlichen Umgebung. Aufgrund der extremen Umweltbedingungen verändert sich die Mikroflora des Menschen und der Station, so dass es zu mikrobiellen Kontaminationen in diesen „Container“ Systemen kommt, die die Gesundheit der Crew gefährden. Die in dieser Arbeit untersuchten 113 Isolate der ISS und Concordia, gehören den Gattungen Staphylococcus, Enterococcus, Bacillus und Paenibacillus an. In 62% der Stämme konnten Resistenzen gegen ein oder mehrere Antibiotika nachgewiesen werden. In 43% der Stämme wurden die entsprechenden Resistenzgene detektiert. Dabei konnte das Methicillin-Resistenzgen mecA in einem Concordia Staphylococcus Isolat neben zwei weiteren Resistenzgenen detektiert werden. Plasmide konnten in 74% der Stämme nachgewiesen werden. In acht der E. faecalis Stämme wurden Plasmide detektiert, die ca. 130 kb groß sind. Relaxase- und Transfergene aus Plasmiden Gram-positiver Bakterien, wie pIP501, pRE25, pSK41 und pGO1 wurden in 58% der Isolate detektiert. Die meisten pSK41 homologen Transfergene wurden in Isolaten der ISS, die überwiegend zu den Koagulase-negativen Staphylococcus Spezies gehören, nachgewiesen. Für drei dieser Stämme wurden in Gentransferversuchen konjugative Elemente bestätigt. Auch aus zwei Concordia Stämmen konnten Resistenzgene erfolgreich übertragen werden, bei einem davon durch Mobilisierung. Sieben der Isolate konnten in Monospezies Biofilmreaktoren Biofilme ausbilden und im Multispezies Biofilmreaktor konnten fünf Stämme zusammen Biofilm ausbilden. Der Gentransfer in Biofilmen konnte mit Hilfe eines klinischen Isolats und GFP-markierten mobilisierbaren Plasmiden bestätigt werden. Die Transfer- und Resistenzgene wurden überwiegend in den Staphylococcus und E. facalis Isolaten, die nosokomiale Krankheitserreger sind, detektiert. Bei immungeschwächten Personen und Krankenhauspatienten kann durch diese ein Infektionsrisiko entstehen. Die vorhandenen Transfergene können zur Entstehung multiresistenter Keime beitragen. Milchsäurebakterien (LAB) finden ihre Verwendung in der Herstellung von fermentierten Lebensmitteln und als Probiotika. Sie sind auch Bewohner des menschlichen und tierischen Magen-Darm- und Urogenital-Traktes. In dieser Arbeit wurden 100 Antibiotika resistente LAB Isolate aus traditionell hergestellten Milch- und Fleischprodukten auf Resistenzgene, Transfergene und Plasmide untersucht. Durch 16S rDNA Sequenzierung konnten 33 Stämme phylogenetisch eingeordnet und als Pediococcus (19), Lactobacillus (13) und als Enterococcus durans (1) identifiziert werden. In 84% der LAB Stämme konnten Relaxasegene detektiert werden. In 29% der Stämme konnten zwei oder mehr (bis zu acht) Transfergene unterschiedlicher Plasmide aus Gram-positiven Bakterien nachgewiesen werden. Drei Pediococcus pentosaceus Isolate konnten das mobilisierbare GFP-markierte Plasmid über Gattungsgrenzen übertragen. Damit konnte bewiesen werden, dass diese Stämme mindestens ein konjugatives Element besitzen. In 23% der Stämme konnten bis zu fünf große Plasmide detektiert werden. Diese Ergebnisse zeigten, dass Milchsäurebakterien aus fermentierten Lebensmitteln konjugative Elemente unterschiedlicher Gram-positiver Bakterien besitzen und Resistenzgene weitergeben können. Die verwendeten Starterkulturen sollten regelmäßig kontrolliert werden, um die Entwicklung multiresistenter Keime in Lebensmitteln zu unterbinden.The ISS and Concordia Research Station are confined and isolated habitats in extreme and hostile environments. Due to these extreme environmental conditions the human and habitat microflora alter resulting in microbial contamination in these confined stations and health risk for the crew. In this work 113 isolates from the ISS and Concordia research station belonging to the genus Staphylococcus, Enterococcus, Bacillus and Paenibacillus were investigated. In 62% of the isolates we could detect resistance to one or more antibiotics. In 43% of the strains the corresponding resistance genes were found. The methicillin resistance gene mecA and two other antibiotic resistance genes could be detected in one Concordia Staphylococcus strain. Plasmids are present in 74% of the isolates. Eight E. faecalis strains harbour plasmids of about 130 kb. Relaxase and transfer genes encoded on plasmids from gram positive bacteria like pIP501, pRE25, pSK41 and pGO1 were detected in 58% of the strains. Most of pSK41 homologous transfer genes were detected in ISS isolates predominantly belonging to the coagulase negative Staphylococcus species. In gene transfer experiments we proved that three of these strains contain conjugative elements. Two Concordia isolates were able to transfer resistance genes to other species, one of them by mobilization. In single species biofilm reactors seven isolates were able to form biofilms and five Isolates could form together a biofilm in a multi species biofilm reactor. Gene transfer with a clinical isolate as helper strain and GFP-labeled mobilizable plasmids could be demonstrated. Transfer and resistance genes were predominantly detected in Staphylococcus and E. faecalis isolates that are also nosocomial pathogens. In immunocompromised persons and hospital patients risk of infection occurs by these pathogens. The detected transfer genes could contribute to emergence of multi resistant pathogens. Lactic acid bacteria (LAB) are widely used in the production of fermented food and as probiotics. They are also natural inhabitants of the intestinal tract of humans and of many animals. In this work 100 antibiotic resistant LAB isolates from traditional Turkish dairy and meat products were screened for resistance and transfer genes and the presence of plasmids. 33 LAB isolates were phylogenetically identified by 16S rDNA sequencing as Pediococcus (19), Lactobacillus (13) and Enterococcus durans (1). In 84% LAB strains we could detect relaxase genes. 29% of the LAB strains contain two or more (up to eight) transfer genes from plasmids of different gram positive bacteria. Three Pediococcus pentosaceus isolates could mobilize a GFP-labeled plasmid over genus boundaries. Thereby we proved that these strains contain at least one conjugative element. In 23% LAB strains we detected more than five plasmids. This results show that LAB from fermented food contain conjugative elements from various gram positive bacteria and are able to transfer antibiotic resistance genes. Starter cultures should be regularly controlled to avoid the development of multi resistant pathogens in food

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Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy von dünnen Filmen mit Ferninfrarotstrahlung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein monolithischer Resonator aus Silizium hergestellt und damit Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (CEAS) an dünnen Filmen von Lactalbumin durchgeführt. Es wurde dabei ausgenutzt, dass auf einer Resonatorfläche Totalreflexion auftrat. Nach Aufbringen eines Absorber auf diese Fläche, wurde ein Teil der Strahlung absorbiert (Attenuated Total Reflection, ATR), was zur Aufnahme von Absorptionsspektren ausgenutzt wurde. Um eine hohe Empfindlichkeit bei CEAS zu erreichen, muss der Resonator eine hohe Güte besitzen. Hierfür werden hochreflektierende Spiegel benötigt, welche für den Ferninfrarotbereich nicht kommerziell erhältlich sind. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit neuartige hochreflektierende Multilagenspiegel aus Silizium hergestellt und charakterisiert. Auch Vorexperimente zur Cavity Ringdown Spectroscopy und zur Untersuchung von Bakterienkulturen wurden durchgeführt