Intracellular bacteria as DNA carriers in vitro and in vivo

Zelmer, Andrea

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Mechanismen untersucht, die dem Plasmidtransfer vom intrazellulären Bakterium Listeria monocytogenes in eukaryontische Wirtszellen zugrunde liegen. Es konnte gezeigt werden, dass die Invasion der Wirtszelle nicht limitierend für effizienten Gentransfer ist. Nach Antibiotika-Behandlung lysieren die intrazellulären Bakterien vollständig und setzen ihren Inhalt im Wirtszellzytosol frei, jedoch erreicht nur ein Teil der Plasmide letztlich den Zellkern. Freigesetzte Plasmide sind wahrscheinlich mit Partikeln von hohem Molekulargewicht assoziiert, die den Kerntransfer behindern könnten. Auch ein kleiner Teil bakterieller chromosomaler DNA wurde in den Kern transferiert und in das Wirtszellgenom integriert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden L. monocytogenes und S. flexneri als Gentransfervektoren für die Krebstherapie untersucht. Die Verteilung beider Stämme wurde nach intratumoraler Verabreichung analysiert. Die Bakterien waren nicht im Tumorgewebe eingeschlossen, sondern wurden auch in Milz und Leber der Mäuse gefunden. Nach systemischer Infektion von Mäusen mit S. flexneri wurden die Bakterien schnell aus dem Blut entfernt und akkumulierten nicht im Tumorgewebe, wie für einige andere bakterielle Spezies beschrieben. Unter den hier angewandten Bedingungen konnte in vivo Gentransfer in Tumorzellen durch Listerien nicht zweifelsfrei gezeigt werden. Einige Anzeichen für Gentransfer durch Shigellen wurden jedoch gefunden. Eine Verfeinerung der angewandten Techniken sollte hier die Detektion auch von niedriger Transgenexpression erlauben. Zusammenfassend wird die Fortführung der hier präsentierten Arbeit zu einer Verbesserung des Gentransfers führen und das große Potential solcher Bakterien als DNA Überträger aufdecken.

In the first part of this work, the mechanisms involved in plasmid transfer from the intracellular bacterium L. monocytogenes to eukaryotic host cells were investigated. It could be shown that the initial invasion of the host cell is not limiting for efficient gene transfer. Also, bacteria are efficiently lysed upon antibiotic treatment and release their content to the cytosol, but only a fraction of the plasmids is eventually transferred to the nucleus. Released plasmids are probably associated with high molecular weight components which might limit nuclear transfer. Also, a small amount of bacterial chromosomal DNA was transferred to the nucleus and integrated in the host cell genome. In the second part of this work, L. monocytogenes and S. flexneri were tested as gene transfer vehicles for cancer therapy. The dissemination of both bacteria was analyzed after infection via the intratumoural route. The bacteria were not contained within the tumour tissue but were also found in liver and spleen of mice. When mice were systemically infected with attenuated S. flexneri, the bacteria were rapidly cleared from the blood stream and did not accumulate in tumours or organs, as described before for other bacterial species. Gene transfer from bacteria to tumour cells in vivo could not clearly be demonstrated for Listeria under the conditions used. In contrast, some implication of gene transfer by Shigella was found. Here, refinement of the technical settings should allow the definite detection of even low levels of transgene expression. In summary, extending the present work will result in better gene transfer abilities and will reveal the great potential of such bacteria as DNA carriers.

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Zelmer, Andrea: Intracellular bacteria as DNA carriers in vitro and in vivo. 2005.

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