Gastrointestinale Infektionen

Clostridioides difficile

Clostridioides difficile ist ein sporenbildendes, anerobes, Gram-positives Bakterium, das den Gastrointestinaltrakt von Menschen und Tieren besiedelt. Im Menschen ist Clostridioides difficile die Hauptursache für das Krankheitsbild der antibiotikaassoziierten Kolitis (pseudomembranöse Kolitis). Diese lebensbedrohliche Erkrankung ist eine der häufigsten im Krankenhaus erworbenen Infektionen in Deutschland, mit mehreren hundert- bis tausend Todesfällen pro Jahr.

Die Infektion findet durch orale Aufnahme von Sporen statt, die durch eine hohe Umweltresistenz, insbesondere auch gegenüber Desinfektionsmittel gekennzeichnet sind. Besonders gefährdet sind hierbei Patienten, deren Darmmikrobiom durch eine zuvor erfolgte Behandlung mit Antibiotika geschädigt ist. In dieser als Dysbiose bezeichneten Situation findet C. difficile ideale Bedingungen vor, um sich im Darm zu vermehren. Ein wichtiger Pathogenitätsfaktor ist die Produktion von Toxinen (Toxin A und B, binäres Toxin), die die Zellen des Darmephitels schädigen. Eine Therapie ist mit ausgewählten Antibiotika möglich, wie z.B. Metronidazol, Vancomycin, oder auch dem neueren Fidaxomicin, das selektiver wirkt und das endogene Darmmikrobiom weniger stark schädigt.

Aktuelle Forschungsthemen zu C. difficile:

Flagellenbasierte Motilität und Chemotaxis von C. difficile

Die meisten C. difficile Stämme besitzen Flagellen und sind beweglich. Um die Motilität einzelner Zellen zu verfolgen und zu quantifizieren, nutzen wir Video-Mikroskopie in Kombination mit einem eigenentwickelten Trackingprogramm. Des Weiteren untersuchen wir die Komponenten des Chemotaxis-Systems und der Faktoren, die das chemotaktische Verhalten von C. difficle beeinflussen.

Antibiotikaresistenzen von C. difficile

Häufig genutzte Antibiotika gegen C. difficile sind Vancomycin, Metronidazol und Fidaxomicin. Wir untersuchen C. difficile Stämme unterschiedlicher Herkunft auf das Vorhandensein von Resistenzen gegen diese Antibiotika, erforschen die Mechanismen, die zu einer Antibiotikaresistenz führen und analysieren deren Auswirkungen auf die generelle Fitness des Bakteriums.

Diversität von C. difficile-Stämmen

Wir charakterisieren C. difficile Isolate unterschiedlicher Herkunft, z.B. Isolate aus verschiedenen Ländern und Regionen, oder Isolate, die aus unterschiedlichen Altersgruppen gewonnen wurden. Insbesondere interessieren uns Unterschiede in den pathogenen Eigenschaften, wie z.B. der Toxinbildung. Hierdurch möchten wir Rückschlüsse auf das Ausbreitungsverhalten einzelner C. difficile Stämme ziehen und unterschiedliche Krankheitsverläufe erklären können.

Campylobacter jejuni und Campylobacter coli

Infektionen mit den Gram-negativen Bakterien Campylobacter jejuni und Campylobacter coli stellen weltweit die Hauptursachen der bakteriell bedingten Diarrhoen dar. Eine Infektion erfolgt häufig durch Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln, wie z.B. Geflügel, da Hühner häufig mit Campylobacter Spezies besiedelt sind. Die Symptome einer C. jejuni-Infektion können von leichten Durchfallepisoden, bis hin zu blutiger Diarrhoe mit abdominalen Krämpfen reichen. Eine gefürchtete Spätfolge einer C. jejuni Infektion ist das Guillain-Barré Syndrom, eine schwerwiegende neurologische Erkrankung. Trotz der hohen Prävalenz sind die molekularen Mechanismen der Pathogenese der Campylobacteriose, sowie die Interaktion des Erregers mit dem Darmmikrobiom bislang wenig verstanden. 

Aktuelle Forschungsthemen zu Campylobacter:
Diversität des chemotaktischen Verhaltens in verschiedenen Campylobacter Spezies und Stämmen

Das chemotaktische Verhalten von Bakterien wird entscheidend von ihrem Repertoir an Chemorezeptoren bestimmt. C. jejuni und C. coli zeichnen sich durch eine große Heterogenität in der Expression von Chemorezeptoren mit unterschiedlichen Substratspezifitäten aus. Wir charakterisieren die Substratspezifitäten von Chemorezeptoren mit Hilfe molekularer Techniken und untersuchen das chemotaktische Verhalten von Campylobacter Stämmen. Unsere Arbeitshypothese ist, dass Unterschiede im chemotaktischen Verhalten Anpassungen an unterschiedliche Umweltbedingungen sind, wie z.B. die Präferenz für unterschiedliche Wirte (Menschen, Rinder, Vögel, etc.).   

Anpassung von C. jejuni an Stresssituationen (z.B. Gallensalzstress)

Die Anwesenheit von Gallensalzen stellt für Darmbakterien durch deren amphipatischen Charakter einen besonderen Stressfaktor dar, an dem sie angepasst sein müssen.  Wir untersuchen die durch Gallensalze hervorgerufene Veränderung des Proteoms mit massenspektrometrischen Methoden, um Anpassungsmechanismen an diese Stresssituation zu verstehen. 

Interaktion von Campylobacter jejuni mit dem Darmmikrobiom

Campylobacter-Spezies müssen sich im Laufe einer Infektion mit dem natürlichen Darmmikrobiom auseinandersetzen. Wir untersuchen einen besonderen Aspekt dieser mikrobiellen Interaktion, indem wir C. jejuni mit verschiedenen Vertretern Gram-positiver Darmbakterien kokultivieren. Im Rahmen dieser Kokultivierung treten Veränderungen in den physiologischen Eigenschaften auf, wie z.B. eine erhöhte Resistenz gegenüber Gallensalzen, deren molekulare Ursachen wir erforschen. 

Bedeutung des Typ-6-Sekretionssystems in C. jejuni

Typ-6-Sekretionssysteme ermöglichen es Bakterien Effektorproteine in Zielzellen, wie z.B. in andere Bakterienzellen oder in Eukaroytenzellen zu sezernieren und diese hierdurch gezielt zu manipulieren. Die Bedeutung des Typ-6-Sekretionssysteme von C. jejuni ist bislang kaum verstanden und wird von uns mit molekularen Techniken untersucht.

Publikationen zu C. difficile

  1. Zimmermann O, Kochel H, Bohne W, Pollok-Kopp B, Passenberg P, Gross U. 2022. A Case Report and Review of the Literature: Reactive Arthritis Caused by Clostridioides difficile ribotype 027. Front Microbiol 13:837422.
  2. Schwanbeck J, Oehmig I, Gross U, Zautner AE, Bohne W. 2021. Clostridioides difficile Single Cell Swimming Strategy: A Novel Motility Pattern Regulated by Viscoelastic Properties of the Environment. Front Microbiol 12:715220.
  3. Tilkorn F, Frickmann H, Simon IS, Schwanbeck J, Horn S, Zimmermann O, Gross U, Bohne W, Zautner AE. 2020. Antimicrobial Resistance Patterns in Clostridioides difficile Strains Isolated from Neonates in Germany. Antibiotics (Basel) 9.
  4. Seugendo M, Hokororo A, Kabyemera R, Msanga DR, Mirambo MM, Silago V, Gross U, Mshana SE. 2020. High Clostridium difficile Infection among HIV-Infected Children with Diarrhea in a Tertiary Hospital in Mwanza, Tanzania. Int J Pediatr 2020:3264923.
  5. Riedel T, Neumann-Schaal M, Wittmann J, Schober I, Hofmann JD, Lu CW, Dannheim A, Zimmermann O, Lochner M, Gross U, Overmann J. 2020. Characterization of Clostridioides difficile DSM 101085 with A-B-CDT+ Phenotype from a Late Recurrent Colonization. Genome Biol Evol 12:566-577.
  6.  Frentrup M, Zhou Z, Steglich M, Meier-Kolthoff JP, Goker M, Riedel T, Bunk B, Sproer C, Overmann J, Blaschitz M, Indra A, von Muller L, Kohl TA, Niemann S, Seyboldt C, Klawonn F, Kumar N, Lawley TD, Garcia-Fernandez S, Canton R, Del Campo R, Zimmermann O, Gross U, Achtman M, Nubel U. 2020. A publicly accessible database for Clostridioides difficile genome sequences supports tracing of transmission chains and epidemics. Microb Genom 6.
  7.  Schwanbeck J, Riedel T, Laukien F, Schober I, Oehmig I, Zimmermann O, Overmann J, Gross U, Zautner AE, Bohne W. 2019. Characterization of a clinical Clostridioides difficile isolate with markedly reduced fidaxomicin susceptibility and a V1143D mutation in rpoB. J Antimicrob Chemother 74:6-10.
  8. Emele MF, Joppe FM, Riedel T, Overmann J, Rupnik M, Cooper P, Kusumawati RL, Berger FK, Laukien F, Zimmermann O, Bohne W, Gross U, Bader O, Zautner AE. 2019. Proteotyping of Clostridioides difficile as Alternate Typing Method to Ribotyping Is Able to Distinguish the Ribotypes RT027 and RT176 From Other Ribotypes. Front Microbiol 10:2087.
  9. Seugendo M, Janssen I, Lang V, Hasibuan I, Bohne W, Cooper P, Daniel R, Gunka K, Kusumawati RL, Mshana SE, von Muller L, Okamo B, Ortlepp JR, Overmann J, Riedel T, Rupnik M, Zimmermann O, Gross U. 2018. Prevalence and Strain Characterization of Clostridioides (Clostridium) difficile in Representative Regions of Germany, Ghana, Tanzania and Indonesia – A Comparative Multi-Center Cross-Sectional Study. Front Microbiol 9:1843.
  10. Sachsenheimer FE, Yang I, Zimmermann O, Wrede C, Muller LV, Gunka K, Gross U, Suerbaum S. 2018. Genomic and phenotypic diversity of Clostridium difficile during long-term sequential recurrences of infection. Int J Med Microbiol 308:364-377.
  11. Gross U, Brzuszkiewicz E, Gunka K, Starke J, Riedel T, Bunk B, Sproer C, Wetzel D, Poehlein A, Chibani C, Bohne W, Overmann J, Zimmermann O, Daniel R, Liesegang H. 2018. Comparative genome and phenotypic analysis of three Clostridioides difficile strains isolated from a single patient provide insight into multiple infection of C. difficile. BMC Genomics 19:1.
  12. Schneider D, Thurmer A, Gollnow K, Lugert R, Gunka K, Gross U, Daniel R. 2017. Gut bacterial communities of diarrheic patients with indications of Clostridioides difficile infection. Sci Data 4:170152.
  13. Riedel T, Wetzel D, Hofmann JD, Plorin S, Dannheim H, Berges M, Zimmermann O, Bunk B, Schober I, Sproer C, Liesegang H, Jahn D, Overmann J, Gross U, Neumann-Schaal M. 2017. High metabolic versatility of different toxigenic and non-toxigenic Clostridioides difficile isolates. Int J Med Microbiol 307:311-320.
  14. Janssen I, Cooper P, Gunka K, Rupnik M, Wetzel D, Zimmermann O, Gross U. 2016. High prevalence of nontoxigenic Clostridium difficile isolated from hospitalized and non-hospitalized individuals in rural Ghana. Int J Med Microbiol 306:652-656.
  15. Seugendo M, Mshana SE, Hokororo A, Okamo B, Mirambo MM, von Muller L, Gunka K, Zimmermann O, Gross U. 2015. Clostridium difficile infections among adults and children in Mwanza/Tanzania: is it an underappreciated pathogen among immunocompromised patients in sub-Saharan Africa? New Microbes New Infect 8:99-102.

Publikationen zu Campylobacter:

  1. Dieckmann AL, Riedel T, Bunk B, Sproer C, Overmann J, Gross U, Bader O, Bohne W, Morgenstern B, Hosseini M, Zautner AE. 2021. Genome and Methylome analysis of a phylogenetic novel Campylobacter coli cluster with C. jejuni introgression. Microb Genom 7.
  2. Grade M, Gross U, Zautner AE. 2020. Campylobacter Enteritis. Zeitschrift für Gastroenterologie 58:25-+.
  3. Masanta WO, Zautner AE, Lugert R, Bohne W, Gross U, Leha A, Dakna M, Lenz C. 2019. Proteome Profiling by Label-Free Mass Spectrometry Reveals Differentiated Response of Campylobacter jejuni 81-176 to Sublethal Concentrations of Bile Acids. Proteomics Clinical Applications 13.
  4. Emele MF, Mozina SS, Lugert R, Bohne W, Masanta WO, Riedel T, Gross U, Bader O, Zautner AE. 2019. Proteotyping as alternate typing method to differentiate Campylobacter coli clades. Scientific Reports 9.
  5. Lubke AL, Minatelli S, Riedel T, Lugert R, Schober I, Sproer C, Overmann J, Gross U, Zautner AE, Bohne W. 2018. The transducer-like protein Tlp12 of Campylobacter jejuni is involved in glutamate and pyruvate chemotaxis. Bmc Microbiology 18.
  6. Karg M, Frickmann H, Hotzel H, Lugert R, Gross U, Hagen RM, Tomaso H, Poppert S, Zautner AE. 2018. Identification of Campylobacter fetus by fluorescence in situ hybridization (FISH). Journal of Microbiological Methods 151:44-47.
  7. Zautner AE, Lugert R, Masanta WO, Weig M, Gross U, Bader O. 2016. Subtyping of Campylobacter jejuni ssp doylei Isolates Using Mass Spectrometry-based PhyloProteomics (MSPP). Jove-Journal of Visualized Experiments doi:ARTN e54165
  8. Mund NL, Masanta WO, Goldschmidt AM, Lugert R, Gross U, Zautner AE. 2016. Association of Campylobacter Jejuni ssp. Jejuni Chemotaxis Receptor Genes with Multilocus Sequence Types and Source of Isolation. Eur J Microbiol Immunol (Bp) 6:162-177.
  9. Lugert R, Gross U, Zautner AE. 2015. Campylobacter jejuni: Cornponents for adherence to and invasion of eukaryotic cells. Berliner Und Munchener Tierarztliche Wochenschrift 128:90-97.
  10.  Tareen AM, Luder CGK, Zautner AE, Gross U, Heimesaat MM, Bereswill S, Lugert R. 2013. The Campylobacter jejuni Cj0268c Protein Is Required for Adhesion and Invasion In Vitro. Plos One 8.
  11.  Zautner AE, Tareen AM, Gross U, Lugert R. 2012. Chemotaxis in Campylobacter jejuni. Eur J Microbiol Immunol (Bp) 2:24-31.
  12.  Lugert R, Tareen AM, Dasti JI, Zautner AE, Gross U. 2011. Characterization of new virulence factors of Campylobacter jejuni. International Journal of Medical Microbiology 301:61-61.
  13. Tareen AM, Dasti JI, Zautner AE, Gross U, Lugert R. 2010. Campylobacter jejuni proteins Cj0952c and Cj0951c affect chemotactic behaviour towards formic acid and are important for invasion of host cells. Microbiology 156:3123-3135.

 

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