Untersuchungen zur Schleimhautbesiedlung durch Staphylococcus aureus und Identifizierung von Adhäsions-Inhibitoren mit einem neu entwickelten Hochdurchsatz-Screeningverfahren

Steindorff, Marina

Das opportunistisch pathogene Bakterium Staphylococcus aureus (S. aureus) ist insbesondere in Krankenhäusern sowie in Alten- und Pflegeheimen ein Problemkeim. Die nasale Besiedlung bzw. die Adhäsion von S. aureus an die humane nasale Schleimhaut ist ein bekannter Risikofaktor für die Erkrankung an verschiedenen, mit diesem Pathogen assoziierten Infektionen. Die Inhibierung dieser Adhäsion mittels geeigneter Wirkstoffe stellt sich folglich als wertvoller, neuer pharmakologischer Ansatz dar. In dieser Arbeit wurde ein hochdurchsatzfähiges Verfahren zur Quantifizierung adhärenter S. aureus an humanen Epithelzellen entwickelt und etabliert. Unter Anwendung dieses Testsystems wurden über 4000 Substanzen auf adhäsionsinhibitorische Wirkung getestet. Die aussichtsreichsten Kandidaten, Aurintricarbonsäure und Pseudohypericin, wurden mittels verschiedener Folgetests näher charakterisiert. Die Substanzen zeigten adhäsionsinhibierende Aktivitäten mit IC50-Werten von 0,95 µg/ml für Aurintricarbonsäure und 51 µM für Pseudohypericin. Aurintricarbonsäure zeigte zudem die Eigenschaft, bei besiedelten Epithelzellen die Adhäsion von S. aureus zu reduzieren. In zell-basierten Toxizitätstests wurde eine 50 %ige Reduktion der Zellvitalität nach 24 h mit einer maximalen Wirkstoffkonzentration von 370 µg/ml für beide Substanzen nicht erreicht. Nach fünf Tagen wurde ein IC50-Wert von 33 µg/ml für Aurintricarbonsäure und 71 µM für Pseudohypericin ermittelt. Beide Substanzen können als Leitstrukturen für eine Optimierung bezüglich der Aktivitäten und Toxizitäten dienen. Darüber hinaus wurden Transkriptomanalysen durchgeführt, um die Genexpression von S. aureus in den Kulturmedien BHI, LB, BM und einem artifiziellen nasalen Medium (ANM) zu verschiedenen Wachstumsphasen zu charakterisieren. Es wurde gezeigt, dass in ANM die Adhäsionsfaktoren am stärksten exprimiert wurden. Zudem lagen in ANM im Vergleich zum Medium BHI Virulenzfaktoren stark angereichert vor.

The opportunistic pathogenic bacterium Staphylococcus aureus (S. aureus) is a major problem especially in hospitals and nursing homes. The nasal colonization and accordingly the adhesion of S. aureus to the human nasal mucosa is a known risk factor for the development of various diseases associated with this pathogen. Consequently, the inhibition of this adhesion with suitable active components can be a valuable new pharmacologic approach. In this thesis, a high throughput assay for the quantification of the adhesion of S. aureus to human epithelial cells was developed and established. By using this assay, over 4000 substances were tested for their anti-adhesive activity. The two most promising candidates, aurintricarboxylic acid and pseudohypericin, were further characterized in follow-up experiments .The substances showed anti-adhesive activities with IC50 values of 0,95 µg/ml for aurintricarboxylic acid and 51 µM for pseudohypericin. Aurintricarboxylic acid was also able to reduce the adherence on S. aureus precolonized epithelial cells. In cell based toxicity studies, a 50 % reduction of the cell vitality was not reached after 24 hours with a maximal concentration of 370 µg/ml for both substances. After 5 days, IC50 values of 33 µg/ml for aurintricarboxylic acid and 71 µM for pseudohypericin were obtained. Both substances can serve as lead structures for optimizations concerning activities and toxicities. Furthermore, transcription analyses were performed to characterize the gene expression of S. aureus in the culture media BHI, LB, BM and an artificial nasal medium (ANM) at different growth phases. The highest expression of the adhesion factors was found for ANM. In addition, virulence factors were strongly enriched in ANM compared to the medium BHI.

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Steindorff, Marina: Untersuchungen zur Schleimhautbesiedlung durch Staphylococcus aureus und Identifizierung von Adhäsions-Inhibitoren mit einem neu entwickelten Hochdurchsatz-Screeningverfahren. 2011.

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