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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Biologie  → Fachgebiet Mikrobiologie  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2009081929545

Title: Untersuchungen zum Vorkommen und molekularen Mechanismus der Biofilm-Bildung bei Enterokokken aus verschiedenen klinischen Bereichen
Authors: Schlüter, Susanne
???metadata.dc.subject.swd???: EnterococcusBiofilm
???metadata.dc.subject.ddc???: 570 - Biowissenschaften, Biologie (Life sciences)
Issue Date: 19-Aug-2009
Abstract: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine größere Anzahl an E. faecalis Isolaten aus Vaginalabstrichen, erstmals insbesondere von Patientinnen, die an Bakterieller Vaginose litten, untersucht und mit E. faecalis Stämme aus verschiedenen anderen klinischen Bereichen auf das Vorkommen von Virulenzfaktoren verglichen. Weiterhin wurden Korrelationen zwischen bestimmten Faktoren und der Menge an produziertem Biofilm erstellt, um mögliche Zusammenhänge zum Mechanismus der Biofilm-Bildung zu erfassen. Mittels statistischer Analysen konnte hinsichtlich der 150 untersuchten E. faecalis Isolate nachgewiesen werden, dass keine signifikanten Unterschiede der Inzidenzen von Virulenzfaktoren (esp, asa1, gelE, GelE, cylA, β-Hämolyse) zwischen den Stämmen der verschiedenen Herkunftsbereiche bestanden. In Bezug auf das Auftreten von Biofilm-Bildung zeigte sich ein erhöhtes Vorkommen bei Stämmen aus Urin sowie invasiver Herkunft (insgesamt jeweils ca. 70 % mäßige und starke Biofilm-Bildner) im Vergleich zu E. faecalis Isolaten aus Wunden oder Faeces (je ca. 40 %). Statistische Auswertungen bzgl. des Zusammenhangs eines oder einer Kombination von Virulenzfaktoren mit der Menge an gebildetem Biofilm wiesen darauf hin, dass Isolate, die das esp Gen besaßen, in erhöhtem Maße zur Biofilm-Bildung befähigt waren. Dies zeigte einen gewissen Einfluss des Zellwandproteins auf die Fähigkeit zur Biofilm-Bildung bei E. faecalis. Allerdings wurden stets auch Stämme identifiziert, die die Fähigkeit zur Biofilm-Bildung trotz des Fehlens der jeweils untersuchten genetischen Determinante bzw. der Determinanten aufwiesen, so dass auf das Vorhandensein weiterer, unbekannter Einflussfaktoren auf den Mechanismus der Biofilm-Bildung bei E. faecalis geschlossen werden konnte. Unter 78 untersuchten E. faecium Isolaten aus verschiedenen klinischen Bereichen konnte lediglich ein Stamm (1,3 %) als mäßiger Biofilm-Bildner charakterisiert werden, so dass die Fähigkeit bei dieser Spezies in der hier untersuchten Region unter diesen Bedingungen kaum nachgewiesen werden konnte. Einen Schwerpunkt dieser Arbeit bildete die Untersuchung zum Vorkommen von Virulenzfaktoren und Biofilm-Bildung bei E. faecalis Isolaten aus Vaginalabstrichen. Bzgl. des Auftretens von Virulenzfaktoren und Biofilm-Produktion konnte kein Unterschied zwischen Stämmen assoziiert mit Bakterieller Vaginose und Isolaten einer Vergleichsgruppe festgestellt werden. Allerdings zeigte eine Gegenüberstellung mit den untersuchten E. faecalis Stämmen aus anderen klinischen Bereichen, dass die 80 Isolate aus Vaginalabstrichen eine ähnlich hohe Inzidenz bestimmter Virulenzfaktoren wie Stämme aus Faeces, Urin, Wunden oder invasiver Herkunft sowie eine mit den Isolaten aus Urin und invasiver Herkunft vergleichbar hohe Fähigkeit zur Biofilm-Bildung aufwiesen (ca. 75 % mäßige und starke Biofilm-Bildner). Dies deutete auf eine Verbreitung der Biofilm-Bildungsfähigkeit bei E. faecalis Stämmen der Vaginalflora und somit auf eine große Bedeutung der Eigenschaft für Isolate dieser Herkunft hin. Die statistische Auswertung der Korrelationen von Virulenzfaktoren mit der Menge an gebildetem Biofilm lieferte ähnliche Ergebnisse wie die Analysen bzgl. der 150 E. faecalis Isolate aus anderen klinischen Bereichen und untermauerte die Annahme, dass zusätzliche Faktoren zu den hier untersuchten Determinanten bei E. faecalis vorhanden sein müssen, die Einfluss auf den Mechanismus der Biofilm-Bildung nehmen. Deshalb konzentrierte sich ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit auf die Herstellung und Charakterisierung von E. faecalis Biofilm-Spontanmutanten, um bisher noch ungeklärte Mechanismen oder neue Faktoren zu erkennen, die Einfluss auf die Biofilm-Bildung bei E. faecalis nehmen. Die Untersuchung einer Mutante (1.10.16) und ihres Wildtypstamms lieferte erstmals den phänotypischen Nachweis des HMW-Komplexes der drei Bee-Proteine sowie die Identifizierung konservierter Pili-Motive dieser Proteine. Des Weiteren schien die in diesem Cluster ebenfalls codierte Sortase-1 dasjenige Enzym zu sein, das höchstwahrscheinlich die Bindung des Proteins Bee-2 innerhalb dieses HMW-Komplexes katalysiert. Insofern lieferten diese Untersuchungen neue, konkrete Hinweise zur Rolle des bee Genclusters bei der Pili-Biogenese und Biofilm-Bildung von E. faecalis. Darüber hinaus stellen Erkenntnisse aus der Charakterisierung von zwei weiteren hergestellten Biofilm-Spontanmutanten viel versprechende Ausgangspunkte für zukünftige Untersuchungen dar, die ein weitergehendes Verständnis der molekularen Mechanismen der Biofilm-Bildung bei E. faecalis erzielen könnten.This work focused on the investigation of a high number of E. faecalis strains from vaginal swabs and other clinical sources. The novel aspect of the study was the analysis especially of those strains isolated from women suffering from bacterial vaginosis. The vaginal strains were compared with E. faecalis isolates from other clinical sources with respect to the incidences of virulence factors and the ability for biofilm formation. Furthermore, correlations between specific factors and the amount of biofilm production were carried out to study possible relationships to the mechanism of biofilm formation by E. faecalis. Using statistical analyses, no significant differences could be observed between the incidences of virulence factors (esp, asa1, gelE, GelE, cylA, β-hemolysis) of 150 E. faecalis strains from different clinical sources. Regarding biofilm formation, a higher incidence was observed among E. faecalis strains isolated from urine and invasive clinical sources (ca. 70 % modest and strong biofilm producers) when compared to strains isolated from wounds or faeces (ca. 40 %). With respect to the relationship between one or a combination of virulence factors and the amount of biofilm produced, it was shown that those isolates which possessed the esp gene displayed an enhanced ability for biofilm formation. Thus a distinct correlation between the presence of this cell wall-associated protein and the capacity for biofilm formation was demonstrated. Nevertheless, certain isolates were identified which were capable of biofilm formation despite the fact that they missed this corresponding genetic determinant, suggesting the existence of additional, unknown factors that influence the mechanisms of biofilm formation. Among 78 E. faecium strains from different clinical sources, only one isolate (1,3 %) could be characterised as a modest biofilm producer. Thus, this feature was hardly detected among strains from this region under the conditions of the study. A focus of this work was the investigation of the incidence of virulence factors and biofilm formation by E. faecalis strains isolated from vaginal swabs. In terms of the incidence of virulence factors and biofilm formation, no differences between strains associated with bacterial vaginosis and isolates from a comparison group could be determined. However, a comparison of the 80 vaginal isolates with the E. faecalis strains from other clinical sources demonstrated that the incidences of virulence factors were comparable with those of strains from faeces, urine, wounds and invasive clinical sources. Furthermore, the ability for biofilm formation of the 80 isolates from vaginal swabs was similar to that of strains from urine and invasive clinical sources (ca. 75 % modest and strong biofilm producers). This suggested an enrichment in the capability of biofilm formation even among E. faecalis strains from the vaginal flora and thus indicated this to be a characteristic feature of isolates from this habitat. Statistical analysis regarding correlations between specific virulence factors and the amount of biofilm produced gave approximately similar results to the evaluation of the 150 E. faecalis isolates from other clinical sources, thus supporting the theory that additional factors to those investigated in this work might influence the mechanism of biofilm formation by E. faecalis. Therefore, a further part of this work dealt with the generation and characterisation of E. faecalis spontaneous mutant strains to identify previously unknown mechanisms or new factors that might influence biofilm formation by E. faecalis. The investigation of one biofilm mutant (1.10.16) and its wild-type strain showed for the first time the phenotypic detection of the HMW complex of the three Bee proteins, as well as the identification of conserved pili motifs in these proteins. Furthermore, the sortase-1 appeared to be the enzyme which most likely catalyses the linkage of the Bee-2 protein within the HMW complex. In this respect, these analyses provided new and precise information about the role of the bee gene cluster in biogenesis of pili and biofilm formation by E. faecalis. Moreover, findings derived from the characterisation of another two spontaneous mutants indicated promising starting points of prospective analyses which might give further detailed information about the molecular mechanisms of biofilm formation by E. faecalis.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2009081929545
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