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The aim of this study is to examine the theoretical foundation of OLGs regarding their importance for early life, possible functions and the difficulty of creating OLGs. Due to the similarity between the conservation of alternative reading frames, a toy model of sequence space exploration is studied to determine the tradeoff between sequence conservation and coding flexibility. The difficulty of evolving OLGs is estimated by studying artificially created OLGs., In dieser Dissertation wird die Bedeutung von überlappenden Genen (OLGs) bezüglich des Ursprungs des Lebens, möglicher biologischer Funktionen und ihrer evolutiven Entstehung erforscht. Auf Grund der Ähnlichkeit der Konservierung verschiedener Leserahmen wird ein Modell zur Analyse des Sequenzraums entwickelt, um die Balance zwischen Konservierung und Flexibilität zu beschreiben. Durch die Analyse von künstlich erzeugten OLGs wird die Schwierigkeit der Entstehung von OLGs abgeschätzt.

Thermophilic spore counts in milk powders determine the microbial product quality. Tracking of the thermophilic spore population during powder production and the identification of a specialised phenotype of prevalent process isolates in this work examined the origin of elevated thermophilic spore levels. Phylogenetic relations at the genome level and the adaptation experiment focussed on determinants for the settlement of specific in-plant persisters into the production plant., Thermophile Sporenbildner bestimmen die mikrobiologische Produktqualität von Milchpulver. Die erhöhten Sporenzahlen wurden in dieser Arbeit anhand der Dynamik der thermophilen Sporenpopulation während der Pulverherstellung und der Identifizierung eines spezialisierten Phänotyps von Prozessisolaten ergründet. Die phylogenetischen Abgrenzung, sowie das Adaptionsexperiment untersuchen Determinanten für die Ansiedelung spezifischer persistierender Stämme in die Produktionsanlage.

Während der kühlen Lagerung von Rohmilch findet die Produktion von hitzeresistenten Peptidasen durch Pseudomonas statt, welche zum Verderb von Milchprodukten führen. Hohe Keimzahlen unabhängig von der Lagerdauer indizieren Hof-spezifische Einflussfaktoren. Diese sowie die Auswirkung des Milchtransports zur Molkerei auf die Pseudomonas-Belastung wurden untersucht. Zudem fand die Charakterisierung dreier neuer, aus Rohmilch bzw. Milchhalbfabrikaten isolierter Pseudomonas-Spezies statt., During cold-storage of raw milk, peptidases are produced by Pseudomonas, which may lead to milk spoilage. High cell counts independent from storage duration indicate farm-specific influencing factors. Those as well as the impact of milk transportation to the dairies on Pseudomonas loads were analyzed. Additionally, the characterization of three novel Pseudomonas species was performed, which were isolated from raw milk, or rather semi-finished milk products.

Die Zusammensetzung von Rohmilchmikrobiota ist äußerst komplex und hat einen enormen Einfluss auf die Qualität von Milchprodukten. Die DNA-Extraktion und die Erstellung der Sequenzierbibliothek wurden optimiert, um Rohmilchmikrobiota zu sequenzieren. Darauf aufbauend wurde der Einfluss hofseitiger Faktoren auf die Biodiversität und Abundanz von verderbs- und hygieneassoziierten Keimgruppen in Rohmilch analysiert. Eine neue Gattung der Aerococcaceae und eine neue Raineyella-Art wurden beschrieben., The composition of raw milk microbiota is highly complex, contributing to the quality of dairy products. DNA extraction and sequencing library preparation were optimized to sequence raw milk microbiota. Based on this, the impact of farm-specific factors on the biodiversity and abundance of spoilage- and hygiene-associated bacteria in raw milk was analyzed. A new genus of the Aerococcaceae and a new Raineyella species were described.

The aim of this thesis was to identify novel intergenic as well as overlapping genes in the human pathogens Escherichia coli LF82 and Pseudomonas aeruginosa PAO1. For this purpose, various high-throughput methods including transcriptome sequencing as well as ribosome profiling were implemented for both organisms. The identified gene candidates were further characterized both bioinformatically and experimentally by additional experiments, e.g., mass spectrometric analyses., Ziel dieser Arbeit war es, sowohl neue intergenische als auch überlappende Gene in den Humanpathogenen Escherichia coli LF82 und Pseudomonas aeruginosa PAO1 zu identifizieren. Hierfür wurden verschiedenste Hochdurchsatz-Methoden wie z.B. Transkriptom-Sequenzierung und ribosome profiling für beide Organismen implementiert. Die identifizierten Gen-Kandidaten wurden sowohl bioinformatisch als auch experimentell durch zusätzliche Experimente wie z.B. massenspektrometrische Analysen näher charakterisiert.

Psychrotolerant pseudomonads can secrete the heat-stable AprX peptidase in raw milk and thus affect the quality of UHT milk. Using 129 Pseudomonas strains, the correlation of genetic organization of the aprX-lipA2 operon and proteolytic activity was investigated. The regulatory influence of temperature, growth phase, and different operon genes on AprX biosynthesis was analyzed. A multiplex qPCR assay for quantification and differentiation based on proteolytic activity of Pseudomonas species in raw milk was developed., Psychrotolerante Pseudomonaden können die hitzestabile AprX Peptidase in Rohmilch sekretieren und somit die Qualität von H-Milch beeinträchtigen. Anhand von 129 Pseudomonas Stämmen wurde der Zusammenhang von genetischer Organisation des aprX-lipA2 Operons und der proteolytischen Aktivität untersucht. Der regulatorische Einfluss von Temperatur, Wachstumsphase und verschiedener Operongene auf die AprX Biosynthese wurde analysiert. Ein Multiplex qPCR Assay zur Quantifizierung und Unterscheidung anhand der proteolytischen Aktivität von Pseudomonas Spezies in Rohmilch entwickelt.

Based on the evaluation of publicly available RIBO-Seq data for E. coli K12, recommendations were made to improve the experimental approach for detection of potential overlapping genes (OLGs). Their existence within diverse prokaryotic species was verified by comparative analyses of RIBO-Seq data including those focusing on sequence evolution as an indicator for functionality. Last, a RIBO Seq experiment was performed for Bacteroides thetaiotaomicron to potentially identify OLGs., Publizierte E. coli K12 RIBO-Seq Datensätze wurden mit dem Ziel analysiert, Empfehlungen für die experimentelle Detektion von überlappenden Genen (OLGs) zu entwickeln. Zusätzlich wurden OLGs in diversen prokaryotischen RIBO-Seq Datensätzen nachgewiesen, deren Sequenzen auf der Grundlage ihrer evolutionären Entwicklung weitergehend verifiziert wurden. Es wurde ein RIBO-Seq Experiment für B. thetaiotaomicron durchgeführt, um auch in diesem Organismus OLGs zu detektieren.

The genome of Escherichia coli O157:H7 EDL933 (EHEC) harbors 5498 annotated genes. This study shows that transcription of additional open reading frames (ORFs) overlapping annotated genes in a different reading frame starts at defined positions and seems to be regulated by environmental conditions. Even more, overexpression of 53 overlapping ORFs yields phenotypes indicating protein-dependent functionality. Therefore, overlapping open reading frames are transcribed and translated non-randomly, demonstrating the presence of numerous novel protein-coding genes in EHEC., Im Genom von Escherichia coli O157:H7 EDL933 (EHEC) sind 5498 Gene annotiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass weitere offene Leserahmen (ORFs) in anderen Leserahmen definierte Transkriptionsstarts besitzen, die vermutlich durch Umweltbedingungen reguliert werden. Außerdem führt die Überexpression von 53 überlappenden ORFs zu Phänotypen, was auf ein protein-kodierendes Potential hinweist. Deshalb kann angenommen werden, dass überlappende offene Leserahmen gezielt transkribiert und translatiert werden. Dies zeigt, dass im Genom von EHEC zahlreiche neue protein-kodierende Gene vorhanden sind.

Die Mikrobiota von Rohmilchen und Milchhalbfabrikaten wurde von 15–16 Gattungen dominiert. Pseudomonas war die häufigste Gattung. Gruppen- und gattungsspezifische Ausprägungen der lipolytischen und proteolytischen Aktivität konnten teilweise ermittelt werden. Die Aktivität der Pseudomonas-Isolate ist vermutlich auf das apr-Operon zurückzuführen. Das apr-Operon wurde in 29 Pseudomonas-Arten nachgewiesen und spiegelt die Phylogenie der Gattung wider. Viele Pseudomonas-Isolate konnten keiner bekannten Art zugeordnet werden. Vier neue Pseudomonas-Arten wurden beschrieben., The microbiota of raw milks and semi-finished milk products was dominated by 15–16 genera. The genus Pseudomonas was the most prevalent. Group and genera related tendencies of the lipolytic and proteolytic activity could be partially detected. The activity of Pseudomonas isolates is most probably based on the apr operon. The apr operon could be detected in 29 Pseudomonas species and reflects the phylogeny of the genus. Many Pseudomonas isolates could not be assigned to any known species. Four novel Pseudomonas species have been described.

In the last years, more and more novel bacterial small genes were discovered in intergenic regions. However, genes in alternative open reading frames overlapping to annotated genes are usually excluded by genome annotation programs. In this thesis, 2,180 novel EHEC ORFs overlapping to annotated mother genes were analyzed. Most overlapping ORFs are completely embedded in the mother gene, taxonomically restricted and structurally similar to small proteins discovered in previous studies. They emerge by gradual or discontinuous evolution. One candidate gene, asa, was experimentally characterized., In den letzten Jahren werden immer mehr kleine Gene in intergenischen Regionen von bakteriellen Genomen entdeckt, wohingegen Gene in alternativen offenen Leserahmen ausgeschlossen werden. In dieser Doktorarbeit wurden 2.180 neue EHEC ORFs, die zu annotierten Genen überlappen, analysiert. Die meisten überlappenden ORFs sind vollständig in das Muttergen eingebettet, jung und kodieren Proteine, die strukturell ähnlich zu kleinen neuen Proteinen aus früheren Studien sind. Die ORFs entstehen durch graduelle oder diskontinuierliche Evolution. Ein Kandidatengen, asa, wurde experimentell charakterisiert.

Das Lebensmittelpathogen Escherichia coli O157:H7 Stamm Sakai (EHEC) verursacht hämorrhagische Kolitis und das hämolytisch-urämische Syndrom. Das EHEC Sakai Genom wurde 2001 sequenziert und enthält 5.358 annotierte Gene. Jedoch könnten intergenische Bereiche weitere (kleine) protein-kodierende Gene beherbergen. Aufgrund der Triplet-Periodizität des genetischen Kodes ist es auch möglich, dass die Sequenzen zweier Gene überlappen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Detektion nicht-trivialer, antiparallel überlappender Gene (OLGs). Das Transkriptom und das Translatom von EHEC wurden mittels der Hochdurchsatz next generation sequencing Methoden RNAseq und RIBOseq ermittelt. Insgesamt wurden drei verschiedene Wachstumsbedingungen untersucht: Zwei optimale Bedingungen (Wachstum in LB und BHI Medium) und eine starke Stressbedingung, die Kälte- und osmotischen Stress kombiniert. Die Sequenzierergebnisse zeigen eine sehr gute Reproduzierbarkeit. Die RIBOseq Ergebnisse der annotierten Gene korrelieren mit bereits publizierten Proteom Daten. Bei einem Vergleich der optimalen Wachstumsbedingungen oder der Stressbedingung mit der optimalen BHI-Bedingung zeigt etwa ein Drittel der annotierten Gene differenzielle Regulation auf transkriptioneller und/oder translationaler Ebene. Riboswitches und die nicht-kodierende RNS DsrA sind an der Regulation der Genexpression nach Anpassung an Kälte- und osmotischen Stress beteiligt. Außerdem wurde die Translation nicht-annotierter, intergenischer und antiparallel überlappender offener Leserahmen (ORFs) untersucht. Erstaunlicherweise zeigten 465 intergenische ORFs und 380 OLGs Hinweise auf Translation. Diese hatten eine vergleichbare Translationseffizienz wie annotierte Gene, was die Erkenntnis unterstützt, dass es sich bei diesen translatierten ORFs um protein-kodierende Gene handelt. Weitere Beweise dieser Hypothese sind die Entdeckung annotierter Homologe, die differenzielle Regulation zwischen den Wachstumsbedingungen

This thesis aims at the characterization of cow`s milk microbiota, i.e. the diversity, variance and stability of raw milk microflora on farm level monitored over 15 months, the microbial composition of retail microfiltered extended shelf life milk (ESL) with special reference to spoilage bacteria limiting shelf life as well as the description of hitherto unknown bacteria originating from raw milk of this study and the dairy environment., Vorliegende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung von Kuhmilch-Mikrobiota. Zum einen wurde die Varianz, Diversität und Stabilität der Rohmilchflora eines Bauernhofes über einen Zeitraum von 15 Monaten analysiert, des Weiteren wurde die Mikroflora von mikrofiltrierter ESL Milch mit Schwerpunkt auf haltbarkeitslimitierende Bakterien untersucht. Außerdem erfolgte eine Neubeschreibung von Bakterien, welche aus Rohmilch im Rahmen dieser Studie bzw. aus dem Umfeld einer Molkerei gewonnen wurden.

Die Optimierung einer verbreiteten Methode zur Herstellung von Bibliotheken für die Genomsequenzierung wurde entwickelt und auf die Genomsequenzierung angewandt. Außerdem werden strikte Spezies-Grenzwerte für die weitläufig verwendeten Indices ANIb sowie ANIm vorgeschlagen und für die Genomospezies-Abgrenzung innerhalb der Gattung Pseudomonas und B. cereus s.l. verwendet. Zudem wird geklärt, inwieweit sich B. cereus s.l. Virulenzfaktoren auf Basis ihrer Präsenz/Absenz Muster als Spezies-Marker eignen. Abschließend wird ein neues nomenklatorisches System für diese bakterielle Gruppe vorgestellt., First, optimizations to a popular library preparation procedure for whole-genome sequencing are described and were used for genome sequencing. Then, strict species thresholds for the widely used genomic indices ANIb and ANIm are proposed. Based on these, several similarity indices are applied to delineate genomospecies within the genus Pseudomonas and B. cereus s.l. Furthermore, it is clarified whether the presence/absence patterns of over a dozen B. cereus s.l. virulence factors can be used as species discriminating criteria. Finally, a new nomenclatural system for the B. cereus s.l. group is introduced.

Die Zusammensetzung von Rohmilchmikrobiota ist äußerst komplex und hat einen enormen Einfluss auf die Qualität von Milchprodukten. Die DNA-Extraktion und die Erstellung der Sequenzierbibliothek wurden optimiert, um Rohmilchmikrobiota zu sequenzieren. Darauf aufbauend wurde der Einfluss hofseitiger Faktoren auf die Biodiversität und Abundanz von verderbs- und hygieneassoziierten Keimgruppen in Rohmilch analysiert. Eine neue Gattung der Aerococcaceae und eine neue Raineyella-Art wurden beschrieben., The composition of raw milk microbiota is highly complex, contributing to the quality of dairy products. DNA extraction and sequencing library preparation were optimized to sequence raw milk microbiota. Based on this, the impact of farm-specific factors on the biodiversity and abundance of spoilage- and hygiene-associated bacteria in raw milk was analyzed. A new genus of the Aerococcaceae and a new Raineyella species were described.

Psychrotolerant pseudomonads can secrete the heat-stable AprX peptidase in raw milk and thus affect the quality of UHT milk. Using 129 Pseudomonas strains, the correlation of genetic organization of the aprX-lipA2 operon and proteolytic activity was investigated. The regulatory influence of temperature, growth phase, and different operon genes on AprX biosynthesis was analyzed. A multiplex qPCR assay for quantification and differentiation based on proteolytic activity of Pseudomonas species in raw milk was developed., Psychrotolerante Pseudomonaden können die hitzestabile AprX Peptidase in Rohmilch sekretieren und somit die Qualität von H-Milch beeinträchtigen. Anhand von 129 Pseudomonas Stämmen wurde der Zusammenhang von genetischer Organisation des aprX-lipA2 Operons und der proteolytischen Aktivität untersucht. Der regulatorische Einfluss von Temperatur, Wachstumsphase und verschiedener Operongene auf die AprX Biosynthese wurde analysiert. Ein Multiplex qPCR Assay zur Quantifizierung und Unterscheidung anhand der proteolytischen Aktivität von Pseudomonas Spezies in Rohmilch entwickelt.

The genome of Escherichia coli O157:H7 EDL933 (EHEC) harbors 5498 annotated genes. This study shows that transcription of additional open reading frames (ORFs) overlapping annotated genes in a different reading frame starts at defined positions and seems to be regulated by environmental conditions. Even more, overexpression of 53 overlapping ORFs yields phenotypes indicating protein-dependent functionality. Therefore, overlapping open reading frames are transcribed and translated non-randomly, demonstrating the presence of numerous novel protein-coding genes in EHEC., Im Genom von Escherichia coli O157:H7 EDL933 (EHEC) sind 5498 Gene annotiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass weitere offene Leserahmen (ORFs) in anderen Leserahmen definierte Transkriptionsstarts besitzen, die vermutlich durch Umweltbedingungen reguliert werden. Außerdem führt die Überexpression von 53 überlappenden ORFs zu Phänotypen, was auf ein protein-kodierendes Potential hinweist. Deshalb kann angenommen werden, dass überlappende offene Leserahmen gezielt transkribiert und translatiert werden. Dies zeigt, dass im Genom von EHEC zahlreiche neue protein-kodierende Gene vorhanden sind.

Die Biodiversität der Rohmilchmikrobiota wird hauptsächlich von der Gesamtkeimzahl beeinflusst, andere Einflussfaktoren sind sekundär. Pseudomonas stellt die häufigste Gattung. Die Erfassung der Biodiversität erfordert die Kombination kulturabhängiger und -unabhängiger Methoden. Zahlreiche nicht beschriebene Spezies wurden gefunden, eine neue Gattung innerhalb der Propionibacteriaceae wurde beschrieben. Die vergleichende Analyse ergab, daß Mikrobiota mit einem geringen Anteil an Gram-negativen Bakterien möglich sind, welche es bei der Milcherzeugung anzustreben gilt., The biodiversity of raw milk microbiota is mainly influenced by the total plate count, other factors are of secondary importance. Pseudomonas represents the most common genus. Capturing biodiversity requires the combination of culture-dependent and independent methods. Numerous non-described species were found, a new genus within the Propionibacteriaceae has been described. The comparative analysis revealed that microbiota with low numbers of Gram-negative bacteria are possible. These should be strived for in milk production.

Es wurde gezeigt, dass frühzeitiger Verderb von ESL-Milch zum Großteil auf psychrotolerante Sporenbildner und hitzesensitive Postpasteurisierungs-Rekontaminanten zurückzuführen ist. Während bei baktofugierter ESL-Milch eine Transmission der Sporen aus der Rohmilch in das Endprodukt stattfindet, spielt sie bei mikrofiltrierter ESL-Milch nur in Abhängigkeit hoher Sporenzahlen eine Rolle. Vor allem Rekontaminationen aus der Anlage erhöhen das Verderbsrisiko. Eine neue Spezies und eine neue Gattung der Paenibacillaceae wurden beschrieben., It is shown that premature spoilage of ESL milk is mainly induced by psychrotolerant spore-forming bacteria and post-pasteurization recontaminants. In bactofuged ESL milk a transmission of spores from raw milk to end products was observed. In microfiltered ESL milk, however, it only occurred in rare cases and was associated with elevated spore-counts. Especially recontamination within the plant increases the risk of spoilage. Additionally, a novel species and a novel genus belonging to the Paenibacillaceae were described.

In the dairy chain Staphylococcus aureus (S. aureus) is assumed to be the most important causative organism of subclinical mastitis and originator of food poisoning outbreaks. Its high biodiversity is characterized by host specificity and its ability to adapt. In this context, the incidence of MRSA in the clinical area is most characteristic. The present work discusses the methodical difficulties of isolation and epidemiology, as well in the control of this pathogen in dairy herds. For long term studies phage typing has shown to be indispensable and to be a sufficiently discriminative method. The reduction of S. aureus in phage group IV from over 60 % to less than 20 % over the past 40 years is closely correlated with a significantly increased variability regarding the egg-yolk reaction, haemolysis and the morphology of colonies, causing difficulties in the isolation of the pathogen. The transmission of S. aureus in dairy herds can significantly be attributed to the lack of disinfection of the machinery between the milking of individual cows., In der Milchwirtschaft gilt Staphylococcus aureus (S. aureus) als wichtigster Erreger subklinischer boviner Mastitiden und Verursacher von Lebensmittelvergiftungen. Seine hohe Biodiversität ist geprägt durch Wirtsspezifität und Anpassungsfähigkeit. Kennzeichnend hierfür ist das Auftreten von MRSA im klinischen Bereich. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit methodischen Problemen der Isolierung und Epidemiologie sowie der Kontrolle des Erregers im Tierbestand. Für Langzeitstudien erwies sich die Phagentypisierung als unverzichtbare und ausreichend diskriminative Methode. Die Reduktion von S. aureus in Phagengruppe IV von ≥ 60 % auf < 20 % während der letzen 40 Jahre ist eng verbunden mit der deutlich angestiegenen Variabilität bezüglich Eigelbreaktion, Hämolyse und Koloniemorphologie und den damit hervorgerufenen Schwierigkeiten in der Isolierung. Die Übertragung des Erregers im Tierbestand ist wesentlich auf das Fehlen einer Zwischendesinfektion des Melkzeugs von Tier zu Tier zurückzuführen.

The combined effect of fat and aqueous phase parameters NaCl, sucrose, pH and protein on the high pressure inactivation of Lactobacillus plantarum was assessed in oil-in-water emulsions. Rapeseed oil caused sporadic matrix- and strain-specific changes in inactivation efficiency. Preconditioning by contact with rapeseed oil, oleic acid or Tween 80 reduced high pressure inactivation. Tween 80 decreased fatty acid biosynthesis, enhanced growth, changed the cellular fatty acid profile, and alleviated the HHP induced loss of metabolic activity and membrane integrity., In Öl-In-Wasser-Emulsionen wurde die Kombination aus Fett und den Wässrige-Phase-Parametern NaCl, Saccharose, pH und Protein in Bezug auf die Hochdruckinaktivierung von Lactobacillus plantarum untersucht. Rapsöl führte zu sporadischen matrix- und stammspezifischen Änderungen in der Inaktivierung. Vorkonditionierung durch Rapsöl, Ölsäure oder Tween 80 verringerte die Hochdruckinaktivierung. Tween 80 führte zu verminderter Fettsäuresynthese, verstärktem Wachstum, verändertem Fettsäureprofil und milderte den Einfluss von Hochdruck auf metabolische Aktivität und Membranintegrität.

Dysbiosis and metabolic alterations of the gut microbiome have been described in inflammatory bowel diseases (IBD). The aim of this work is to identify functional signatures associated with disease outcome or response to therapy in two longitudinal cohorts of patients with IBD, and to mechanistically characterize their pathogenic potential using a gnotobiotic humanized mouse model and an integrative multi-omics approach., Dysbiose und metabolische Veränderungen des Darmmikrobioms sind bei der Entstehung und dem Verlauf von entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) beteiligt. Ziel dieser Arbeit ist es durch zwei longitudinalen IBD Kohorten eine prognostische sowieso diagnostische funktionelle Signaturen im Zusammenhang mit IBD zu identifizieren und das Ansprechen auf eine Therapie abzuschätzen. Um das potentielle pathogene Potential dieser Signatur abzuschätzen wurde ein humanisiertes Mausmodell etabliert. Zusätzlich konnte mit Hilfe eine multi-omics Ansatzes die Funktionalität anhand von zwei IBD Kohorten charakterisiert werden.

Die Mikrobiota von Rohmilchen und Milchhalbfabrikaten wurde von 15–16 Gattungen dominiert. Pseudomonas war die häufigste Gattung. Gruppen- und gattungsspezifische Ausprägungen der lipolytischen und proteolytischen Aktivität konnten teilweise ermittelt werden. Die Aktivität der Pseudomonas-Isolate ist vermutlich auf das apr-Operon zurückzuführen. Das apr-Operon wurde in 29 Pseudomonas-Arten nachgewiesen und spiegelt die Phylogenie der Gattung wider. Viele Pseudomonas-Isolate konnten keiner bekannten Art zugeordnet werden. Vier neue Pseudomonas-Arten wurden beschrieben., The microbiota of raw milks and semi-finished milk products was dominated by 15–16 genera. The genus Pseudomonas was the most prevalent. Group and genera related tendencies of the lipolytic and proteolytic activity could be partially detected. The activity of Pseudomonas isolates is most probably based on the apr operon. The apr operon could be detected in 29 Pseudomonas species and reflects the phylogeny of the genus. Many Pseudomonas isolates could not be assigned to any known species. Four novel Pseudomonas species have been described.

Microwave-assisted drying techniques were investigated for their suitability regarding preservation of the two probiotic model strains Lactobacillus paracasei ssp. paracasei F19 and Bifidobacterium animalis ssp. lactis INL1. Microwave freeze drying showed comparable results as conventional freeze drying with regard to survival, storage stability and handling properties. However, the efficiency of the microwave process was considerably higher. Microwave vacuum drying of a foam structure was superior to unfoamed vacuum- and microwave vacuum-dried cultures., Mikrowellen-unterstützte Trocknungstechniken wurden hinsichtlich ihrer Eignung für die Konservierung der probiotischen Modellstämme Lactobacillus paracasei ssp. paracasei F19 und Bifidobacterium animalis ssp. lactis INL1 untersucht. Die Mikrowellen-Gefriertrocknung führte in Bezug auf Überlebensrate, Lagerfähigkeit und Handhabbarkeit zu vergleichbaren Ergebnissen wie die konventionelle Gefriertrocknung, allerdings mit weitaus höherer Effizienz. Die Mikrowellen-Vakuumtrocknung einer Schaumstruktur erwies sich gegenüber ungeschäumten vakuum- und mikrowellenvakuumgetrockneten Kulturen als überlegen.

Drei Proteinkomponenten des Maltose/Maltodextrin-Systems von E. coli wurden biochemisch und kristallographisch charakterisiert. 72 verschiedene Konstrukte des Regulators MalT wurden hinsichtlich Exprimierbarkeit, Stabilität und Oligomerzustand durchmustert. Zum Verständnis des molekularen Mechanismus der durch MalQ katalysierten Glycosyltranferase-Reaktion wurden Kristallstrukturen der apo-Form sowie Komplexe mit Maltose bzw. einem Inhibitor mit Auflösungen von bis zu 2,1 Å aufgeklärt. Von MalM wurden die Signalpeptidsequenz ermittelt und die N- und C-terminale Domänen kristallisiert., Three protein components of the maltose/maltodextrin system in E. coli were biochemically and crystallographically characterized. 72 different constructs of the regulator MalT have been screened with regard to expression yield, stability and oligomerization tendency. To understand the molecular mechanism of the glycosyltranferase reaction catalyzed by MalQ crystal structures of the apo form and complexes with maltose and an inhibitor were elucidated at resolutions down to 2.1 Å. The signal peptide of MalM was determined and crystals of its N- or C-terminal domains were obtained.

In the last years, more and more novel bacterial small genes were discovered in intergenic regions. However, genes in alternative open reading frames overlapping to annotated genes are usually excluded by genome annotation programs. In this thesis, 2,180 novel EHEC ORFs overlapping to annotated mother genes were analyzed. Most overlapping ORFs are completely embedded in the mother gene, taxonomically restricted and structurally similar to small proteins discovered in previous studies. They emerge by gradual or discontinuous evolution. One candidate gene, asa, was experimentally characterized., In den letzten Jahren werden immer mehr kleine Gene in intergenischen Regionen von bakteriellen Genomen entdeckt, wohingegen Gene in alternativen offenen Leserahmen ausgeschlossen werden. In dieser Doktorarbeit wurden 2.180 neue EHEC ORFs, die zu annotierten Genen überlappen, analysiert. Die meisten überlappenden ORFs sind vollständig in das Muttergen eingebettet, jung und kodieren Proteine, die strukturell ähnlich zu kleinen neuen Proteinen aus früheren Studien sind. Die ORFs entstehen durch graduelle oder diskontinuierliche Evolution. Ein Kandidatengen, asa, wurde experimentell charakterisiert.

Microwave-assisted drying techniques were investigated for their suitability regarding preservation of the two probiotic model strains Lactobacillus paracasei ssp. paracasei F19 and Bifidobacterium animalis ssp. lactis INL1. Microwave freeze drying showed comparable results as conventional freeze drying with regard to survival, storage stability and handling properties. However, the efficiency of the microwave process was considerably higher. Microwave vacuum drying of a foam structure was superior to unfoamed vacuum- and microwave vacuum-dried cultures., Mikrowellen-unterstützte Trocknungstechniken wurden hinsichtlich ihrer Eignung für die Konservierung der probiotischen Modellstämme Lactobacillus paracasei ssp. paracasei F19 und Bifidobacterium animalis ssp. lactis INL1 untersucht. Die Mikrowellen-Gefriertrocknung führte in Bezug auf Überlebensrate, Lagerfähigkeit und Handhabbarkeit zu vergleichbaren Ergebnissen wie die konventionelle Gefriertrocknung, allerdings mit weitaus höherer Effizienz. Die Mikrowellen-Vakuumtrocknung einer Schaumstruktur erwies sich gegenüber ungeschäumten vakuum- und mikrowellenvakuumgetrockneten Kulturen als überlegen.

The effect of acidified nitrite on SalmonellaTyphimurium and Escherichia coli O157:H7 (EHEC) under food-related conditions was investigated. The lysine decarboxylase CadA was found to contribute to nitrite resistance of S. Typhimurium. Furthermore, a decrease of the intracellular pH due to acidified nitrite was observed. Transcriptome studies revealed that, besides a NO-specific response including up-regulation of NO-detoxifying enzymes HmpA and/or NorV, other stress-associated systems were induced., Die Wirkung von saurem Nitrit auf Salmonella Typhimurium und Escherichia coli O157:H7 (EHEC) unter lebensmittelrelevanten Aspekten wurde untersucht. Eine Beteiligung der Lysin Decarboxylase CadA an der Nitritresistenz von S. Typhimurium wurde nachgewiesen. Außerdem wurde eine Verringerung des intrazellulären pH durch saures Nitrit beobachtet. Transkriptomstudien zeigten, neben einer NO-spezifischen Antwort mit Hochregulierung der NO-entgiftenden Enzyme HmpA und/oder NorV, die Induktion weiterer stressbezogener Systeme.

In the current study, the adaptation of the not pathogenic L. weihenstephanensis and the pathogenic L. monocytogenes EGDe to oxygen availability was investigated with respect to the temperature-dependent influence. As key prerequisite for the transcriptional profiling, the complete genome of L. weihenstephanensis was sequenced. Global transcriptional analyses, via next generation RNA sequencing, were performed for cells grown aerobically and anaerobically at 18°C (environmental temperature) and 34°C (temperature close to host condition). The oxygen-dependent gene expression of selected genes was validated via qPCR. L. weihenstephanensis was observed to perform nitrate respiration to support its survival under hypoxia, a pathway which is not present in members of the Listeria sensu stricto clade. L. monocytogenes EGDe showed oxygen-dependent regulation of genes encoding for key enzymes of the central catabolic pathway, which were further analyzed by construction and characterization of their corresponding deletion mutants. In contrast to L. weihenstephanensis, L. monocytogenes activates a temperature-dependent adaptation to anaerobiosis. These data suggest that L. monocytogenes uses temperature as an environmental signal to adapt its metabolism perfectly to its current ecological niche, changing its lifestyle from saprophyte to pathogen. Furthermore, also strain specific adaptations of L. monocytogenes to oxygen availability were analyzed. Strains with a different virulence potential (EGD, EGDe, ScottA and 1670) were selected and their oxygen dependent transcriptional profiling was determined at 37°C. Interestingly, flagella genes, although down-regulated anaerobically, were transcribed in L. monocytogenes 1670 and ScottA at 37°C, in contrast to L. monocytogenes EGD and EGDe, for which no notable flagella gene transcription was observed. Motility assays revealed that only the outbreak strain L. monocytogenes ScottA was motile at 37°C under anaerobic conditions, sugge, In dieser Arbeit wurde, unter Berücksichtigung eines möglichen Temperatureinflusses, die artspezifischen Anpassung des Umweltkeims L. weihenstephanensis und des Pathogens L. monocytogenes an die Sauerstoffverfügbarkeit analysiert. Als Voraussetzung für die durchgeführten Transkriptionsanalysen wurde zunächst das Genom von L. weihenstephanensis sequenziert. Globale Transkriptionsanalysen mittels RNA Next Generation Sequenzierung wurden für Zellen durchgeführt, die aerob bzw. anaerob bei 18°C (Umwelttemperatur) oder bei 34°C (Temperatur, die nahe an Wirtsbedingungen pathogener Bakterien liegt) kultiviert wurden. Die Sauerstoff-abhängige Genexpression ausgewählter Gene wurde mittels qPCR validiert. Es konnte gezeigt werden, dass L. weihenstephanensis unter anaeroben Bedingungen Nitrat-Atmung betreibt, eine anaerobe Atmung, die Mitglieder der Listeria sensu stricto Gruppe nicht durchführen können. Für L. monocytogenes EGDe konnte, in Abhängigkeit von der Sauerstoffverfügbarkeit, eine Regulation von Genen, die für Enzyme codieren, welche an zentralen katabolischen Stoffwechselwegen beteiligt sind, beobachtet werden. Diese wurden durch die Konstruktion und Charakterisierung von Deletionsmutanten weiter analysiert. Im Gegensatz zu L. weihenstephanensis konnte in L. monocytogenes eine Temperatur-anhängige Anpassung an die jeweils vorliegende Sauerstoffverfügbarkeit beobachtet werden. Diese Daten führten zu der Annahme, dass L. monocytogenes die Umgebungstemperatur als Umweltsignal nutzt, um seinen Metabolismus optimal an seine aktuelle ökologische Nische, Umwelt oder Wirt, anzupassen. Weiterhin wurden auch Stamm-spezifische Anpassungen von L. monocytogenes an die Sauerstoffverfügbarkeit analysiert. Es wurden dafür Stämme mit einen unterschiedlichen Virulenzpotential (EGD, EGDe, ScottA und 1670) ausgewählt, deren Anpassung an die vorliegende Sauerstoffkonzentration bei 37°C ebenfalls mittels globaler Transkriptionsstudien untersucht wurden. Interessanterweise konnte für die

The present study provides a current overview about the spectrum of beer-spoiling bacteria which was obtained by evaluating routine analysis samples in terms of contaminating species and brewing-related questions. A new beer-spoiling species was demarcated from known species and subsequently newly described. The phenotypic and genotypic variability of beer-spoiling L. rossiae isolates was determined. Furthermore, the optimization of a routine analysis method used for the detection of beer-spoiling bacteria in process samples containing yeast was described., Die vorliegende Arbeit enthält einen aktuellen Überblick über das Spektrum bierschädlicher Bakterien, der aus der statistischen Auswertung von Routineanalyse-Proben hinsichtlich der kontaminierenden Spezies sowie brauerei-relevanter Fragestellungen gewonnen wurde. Eine neue bierschädliche Spezies wurde gegen bekannte Arten abgegrenzt und neu beschrieben. Die genotypische und phänotypische Variabilität bierschädlicher L. rossiae-Isolate wurde bestimmt. Des Weiteren wurde die Optimierung der Analyse hefehaltiger Prozessproben im Hinblick auf die Detektion bierschädlicher Bakterien beschrieben.

Die Optimierung einer verbreiteten Methode zur Herstellung von Bibliotheken für die Genomsequenzierung wurde entwickelt und auf die Genomsequenzierung angewandt. Außerdem werden strikte Spezies-Grenzwerte für die weitläufig verwendeten Indices ANIb sowie ANIm vorgeschlagen und für die Genomospezies-Abgrenzung innerhalb der Gattung Pseudomonas und B. cereus s.l. verwendet. Zudem wird geklärt, inwieweit sich B. cereus s.l. Virulenzfaktoren auf Basis ihrer Präsenz/Absenz Muster als Spezies-Marker eignen. Abschließend wird ein neues nomenklatorisches System für diese bakterielle Gruppe vorgestellt., First, optimizations to a popular library preparation procedure for whole-genome sequencing are described and were used for genome sequencing. Then, strict species thresholds for the widely used genomic indices ANIb and ANIm are proposed. Based on these, several similarity indices are applied to delineate genomospecies within the genus Pseudomonas and B. cereus s.l. Furthermore, it is clarified whether the presence/absence patterns of over a dozen B. cereus s.l. virulence factors can be used as species discriminating criteria. Finally, a new nomenclatural system for the B. cereus s.l. group is introduced.

The aim was to unravel a role of antibiotic on intestinal protease activity and associated adverse effects on the barrier function in the intestine and the colitis development in susceptible hosts. Increased protease activity is caused by the eradication of anti-proteolytic bacteria in the intestine in response to antibiotic. The high protease activity impairs intestinal barrier and accelerates colitis development in susceptible individuals, suggesting that the antibiotic-mediated high protease activity may be a risk factor for the development of Inflammatory bowel diseases., Die gegenwärtige Studie verschafft experimentellen Beweis, dass ein Anstieg in PA durch Ausrottung von antiproteolytischen Bakterien im Dickdarm aufgrund von Antibiotika Exposition hervorgerufen wird und somit klinische Relevanz besitzt. Die erhöhte PA beeinträchtigt die intestinale Barriere Integrität und beschleunigt die Entwicklung von Kolitis und Colonkrebs in empfänglichen Individuen, was Antibiotika-vermittelte hohe PA als unabhängigen Risikofaktor für die Entwicklung von IBD suggeriert.

This thesis aims at the characterization of cow`s milk microbiota, i.e. the diversity, variance and stability of raw milk microflora on farm level monitored over 15 months, the microbial composition of retail microfiltered extended shelf life milk (ESL) with special reference to spoilage bacteria limiting shelf life as well as the description of hitherto unknown bacteria originating from raw milk of this study and the dairy environment., Vorliegende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung von Kuhmilch-Mikrobiota. Zum einen wurde die Varianz, Diversität und Stabilität der Rohmilchflora eines Bauernhofes über einen Zeitraum von 15 Monaten analysiert, des Weiteren wurde die Mikroflora von mikrofiltrierter ESL Milch mit Schwerpunkt auf haltbarkeitslimitierende Bakterien untersucht. Außerdem erfolgte eine Neubeschreibung von Bakterien, welche aus Rohmilch im Rahmen dieser Studie bzw. aus dem Umfeld einer Molkerei gewonnen wurden.

The present study provides a current overview about the spectrum of beer-spoiling bacteria which was obtained by evaluating routine analysis samples in terms of contaminating species and brewing-related questions. A new beer-spoiling species was demarcated from known species and subsequently newly described. The phenotypic and genotypic variability of beer-spoiling L. rossiae isolates was determined. Furthermore, the optimization of a routine analysis method used for the detection of beer-spoiling bacteria in process samples containing yeast was described., Die vorliegende Arbeit enthält einen aktuellen Überblick über das Spektrum bierschädlicher Bakterien, der aus der statistischen Auswertung von Routineanalyse-Proben hinsichtlich der kontaminierenden Spezies sowie brauerei-relevanter Fragestellungen gewonnen wurde. Eine neue bierschädliche Spezies wurde gegen bekannte Arten abgegrenzt und neu beschrieben. Die genotypische und phänotypische Variabilität bierschädlicher L. rossiae-Isolate wurde bestimmt. Des Weiteren wurde die Optimierung der Analyse hefehaltiger Prozessproben im Hinblick auf die Detektion bierschädlicher Bakterien beschrieben.

In dieser Arbeit wurde eine neu entwickelte UPLC-ESI+-TOF MS-Methode angewendet und etabliert, um das Cereulidbildungspotential 77 emetischer B. cereus Stämme zu bestimmen. Dabei zeigte sich eine erhebliche Variabilität. In Lokalisationsstudien wurde Cereulid nur in geringen Mengen in Membranfraktionen nachgewiesen und die Cereulidsynthetase wurde hauptsächlich im Cytosol detektiert. Eine direkte Interaktion der Synthetase mit dem membranständigen, potentiellen Toxinexporter CesCD, dessen essentielle Rolle bei der Toxinbildung bestätigt wurde, bleibt fraglich., In this study a newly developed UPLC-ESI+-TOF MS method was applied and established to determine the cereulide production potential of 77 emetic B. cereus strains, demonstrating a high variability. In localisation experiments cereulide was found in little amounts only in membrane fractions and the cereulide synthetase was mainly detected in the cytosol. A direct interaction of the synthetase with the membrane anchored toxin exporter CesCD, whose essential role in the toxin production process was confirmed, remains questionable.

B. cereus sensu lato was found to comprise seven genomospecies. Enterotoxin genes are distributed irregularly among them. Hbl, cytK and plcR evolved through frequent horizontal gene transfer, while nhe developed strictly vertical. Transcription of nhe and hbl is strain-specific, media-dependent and controlled by several regulators via exceptionally long 5' untranslated regions., B. cereus sensu lato beinhaltet sieben Genomospezies. Die Enterotoxin-Gene sind unregelmäßig unter den Spezies verteilt. Die Evolution von hbl, cytK und plcR ist durch häufigen horizontalen Gentransfer gekennzeichnet, während nhe strikt vertikal vererbt wird. Die Transkription von nhe und hbl ist stamm-spezifisch, medium-abhängig und von mehreren Regulatoren über die außergewöhnlich langen 5' untranslatierten Regionen kontrolliert.

Die Verwendung von Natriumnitrit bzw. Kaliumnitrat (Salpeter) im Zusammenhang mit der Haltbarmachung von Fleischerzeugnissen hat eine lange Tradition. Trotz der vielfältigen positiven technologischen Wirkungen in Fleischprodukten ist Natriumnitrit nur zur Konservierung zugelassen. Eine antimikrobielle Wirkung ist vor allem in in vitro Versuchen für viele Mikroorganismen beschrieben. Im Vergleich zu den in vitro Versuchen liegen jedoch nur sehr wenige Daten mit zum Teil widersprüchlichen Ergebnissen über die Wirkung von Natriumnitrit in Rohwursterzeugnissen vor. Das Ziel dieser Dissertation war daher die Überprüfung der antimikrobiellen Wirksamkeit unterschiedlicher Konzentrationen von Natriumnitrit auf die wichtigsten pathogenen Lebensmittelinfektionserreger in kurzgereiften und langgereiften Rohwursterzeugnissen. In kurzgereiften streichfähigen Rohwürsten wurde während der Reifung und Lagerung keine Vermehrung der eingeimpften Bakterien festgestellt. Jedoch war mit praxisüblichen Rezepturen und Reifetechnologien innerhalb der ersten 14 Tage keine wesentliche Reduktion der Keimdichte erkennbar. Erst bei höheren Kochsalzzugaben von 2,89 % war eine leichte Abnahme der Zellzahl zu beobachten. Für Listeria monocytogenes konnte keine wesentliche Reduktion der Keimdichte festgestellt werden. In den schnellgereiften Rohwürsten mit Glucono-delta-lacton war in Folge der sehr schnellen Absenkung des pH-Wertes keine Vermehrung der pathogenen Infektionserreger möglich. In den langgereiften und Edelschimmelpilzgereiften Produkten wurde eine völlige Abwesenheit der Keime von STEC/EHEC und Salmonella spp. im Schnitt nach einer 42-tägigen Reifung erreicht. Obwohl die Chargen ohne Nitrit vor allem in den ersten drei Reifetagen eine Vermehrung der eingeimpften Salmonellen zuließen, nahm die Zellzahl mit zunehmender Reifung in Folge der zunehmenden Abtrocknung ab. Im Vergleich dazu nahm die Zahl der Listerien nur langsam ab und diese waren auch nach 84 Tagen noch in den Produkten dire, Raw fermented sausages are meat products commonly spread in the European Union. They are made from raw meat without any heat treatment, so the growth of the most spoilage bacteria is inhibited in these products by low water activity (< 0.9) and low pH-values (ranging from 4.8 to 5.6). Pathogenic bacteria may, however, survive without being finally eliminated under these conditions. For a long time, curing has been the conservation technique widely used to prolong the shelf-life of fermented sausages. Nitrite (in the form of sodium nitrite) was added to fermented meat due to its contribution to organoleptic quality and its ability to inhibit the growth of Clostridium botulinum. Although the addition of nitrite or nitrate as curing agent to many meat products has been a common practice for preservation, there are no well-founded scientific data concerning the actual impact of different concentrations of sodium nitrite on relevant food borne bacteria. This study was conducted to investigate the effect of different sodium nitrite concentrations (0, 100, 150, 200 mg kg-1) on the survival of Listeria monocytogenes, shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) and Salmonella spp. in raw fermented sausages. For this purpose, several batches of different types of short fermented raw sausage (spreadable and sliceable) were therefore produced and artificially contaminated with the pathogenic bacteria mentioned above. Our investigations showed that in first order dynamic effects and an attentive control of the ripening programs reduce the bacterial count. But they also demonstrate clearly the positive effect of sodium nitrite as antimicrobial additive in raw fermented sausages. Only with sodium nitrite a growth of Salmonella spp. and Listeria monocytogenes in raw fermented sausage was avoided. However, the formation of carcinogenic nitrosamines from nitrate and nitrite is a major health issue. Consumers’ concerns about antibiotics, hormones and chemical additives connected wit

Overlapping genes share the same DNA segment, but encode different proteins. Only few overlapping genes in bacteria have been described so far. In this work overlapping genes in pathogenic Escherichia coli were experimentally investigated. Overlapping open reading frames were translationally arrested. Some of these mutants showed a phenotype which is clear evidence for functional overlapping genes. Additionally, the genome of strain E.coli O157:H7 EDL933 used in this work was re-sequenced., Überlappende Gene teilen sich das gleiche DNS-Segment, codieren aber für unterschiedliche Proteine. Bisher sind nur wenige überlappende Gene in Bakterien bekannt. In dieser Arbeit wurden überlappende Gene in pathogenem Escherichia coli experimentell untersucht. Dazu wurden überlappende offene Leserahmen translational arretiert. Einige Mutanten zeigten einen Phänotyp, was ein klarer Hinweis auf funktionale überlappende Gene ist. Zusätzlich wurde das Genom des für diese Arbeit verwendeten Stammes E.coli O157:H7 EDL933 re-sequenziert.

Die Verwendung von Natriumnitrit bzw. Kaliumnitrat (Salpeter) im Zusammenhang mit der Haltbarmachung von Fleischerzeugnissen hat eine lange Tradition. Trotz der vielfältigen positiven technologischen Wirkungen in Fleischprodukten ist Natriumnitrit nur zur Konservierung zugelassen. Eine antimikrobielle Wirkung ist vor allem in in vitro Versuchen für viele Mikroorganismen beschrieben. Im Vergleich zu den in vitro Versuchen liegen jedoch nur sehr wenige Daten mit zum Teil widersprüchlichen Ergebnissen über die Wirkung von Natriumnitrit in Rohwursterzeugnissen vor. Das Ziel dieser Dissertation war daher die Überprüfung der antimikrobiellen Wirksamkeit unterschiedlicher Konzentrationen von Natriumnitrit auf die wichtigsten pathogenen Lebensmittelinfektionserreger in kurzgereiften und langgereiften Rohwursterzeugnissen. In kurzgereiften streichfähigen Rohwürsten wurde während der Reifung und Lagerung keine Vermehrung der eingeimpften Bakterien festgestellt. Jedoch war mit praxisüblichen Rezepturen und Reifetechnologien innerhalb der ersten 14 Tage keine wesentliche Reduktion der Keimdichte erkennbar. Erst bei höheren Kochsalzzugaben von 2,89 % war eine leichte Abnahme der Zellzahl zu beobachten. Für Listeria monocytogenes konnte keine wesentliche Reduktion der Keimdichte festgestellt werden. In den schnellgereiften Rohwürsten mit Glucono-delta-lacton war in Folge der sehr schnellen Absenkung des pH-Wertes keine Vermehrung der pathogenen Infektionserreger möglich. In den langgereiften und Edelschimmelpilzgereiften Produkten wurde eine völlige Abwesenheit der Keime von STEC/EHEC und Salmonella spp. im Schnitt nach einer 42-tägigen Reifung erreicht. Obwohl die Chargen ohne Nitrit vor allem in den ersten drei Reifetagen eine Vermehrung der eingeimpften Salmonellen zuließen, nahm die Zellzahl mit zunehmender Reifung in Folge der zunehmenden Abtrocknung ab. Im Vergleich dazu nahm die Zahl der Listerien nur langsam ab und diese waren auch nach 84 Tagen noch in den Produkten dire, Raw fermented sausages are meat products commonly spread in the European Union. They are made from raw meat without any heat treatment, so the growth of the most spoilage bacteria is inhibited in these products by low water activity (< 0.9) and low pH-values (ranging from 4.8 to 5.6). Pathogenic bacteria may, however, survive without being finally eliminated under these conditions. For a long time, curing has been the conservation technique widely used to prolong the shelf-life of fermented sausages. Nitrite (in the form of sodium nitrite) was added to fermented meat due to its contribution to organoleptic quality and its ability to inhibit the growth of Clostridium botulinum. Although the addition of nitrite or nitrate as curing agent to many meat products has been a common practice for preservation, there are no well-founded scientific data concerning the actual impact of different concentrations of sodium nitrite on relevant food borne bacteria. This study was conducted to investigate the effect of different sodium nitrite concentrations (0, 100, 150, 200 mg kg-1) on the survival of Listeria monocytogenes, shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) and Salmonella spp. in raw fermented sausages. For this purpose, several batches of different types of short fermented raw sausage (spreadable and sliceable) were therefore produced and artificially contaminated with the pathogenic bacteria mentioned above. Our investigations showed that in first order dynamic effects and an attentive control of the ripening programs reduce the bacterial count. But they also demonstrate clearly the positive effect of sodium nitrite as antimicrobial additive in raw fermented sausages. Only with sodium nitrite a growth of Salmonella spp. and Listeria monocytogenes in raw fermented sausage was avoided. However, the formation of carcinogenic nitrosamines from nitrate and nitrite is a major health issue. Consumers’ concerns about antibiotics, hormones and chemical additives connected wit

Die Biodiversität der Rohmilchmikrobiota wird hauptsächlich von der Gesamtkeimzahl beeinflusst, andere Einflussfaktoren sind sekundär. Pseudomonas stellt die häufigste Gattung. Die Erfassung der Biodiversität erfordert die Kombination kulturabhängiger und -unabhängiger Methoden. Zahlreiche nicht beschriebene Spezies wurden gefunden, eine neue Gattung innerhalb der Propionibacteriaceae wurde beschrieben. Die vergleichende Analyse ergab, daß Mikrobiota mit einem geringen Anteil an Gram-negativen Bakterien möglich sind, welche es bei der Milcherzeugung anzustreben gilt., The biodiversity of raw milk microbiota is mainly influenced by the total plate count, other factors are of secondary importance. Pseudomonas represents the most common genus. Capturing biodiversity requires the combination of culture-dependent and independent methods. Numerous non-described species were found, a new genus within the Propionibacteriaceae has been described. The comparative analysis revealed that microbiota with low numbers of Gram-negative bacteria are possible. These should be strived for in milk production.

The gushing of sparkling wine was investigated by protein chemical analysis methods. A new technique for the purification of wine proteins was developed. Furthermore, the exoproteome of numerous molds, which were isolated from grapes, was tested for the presence of proteins affecting surface activity and for their gushing potential. Two conspicuous proteins of Penicillium oxalicum were identified. Based on a respective gene sequence a DNA-based detection system could be developed for detection of P. oxalicum already on grapes and possibly conclude on forthcoming gushing risks., Das Gushing von Schaumwein wurde anhand proteinchemischer Analysemethoden untersucht. Dafür wurde eine neue Technik zur Aufreinigung von Weinproteinen entwickelt. Des Weiteren wurde das Exoproteom von zahlreichen, von Trauben isolierten Schimmelpilzen hinsichtlich des Vorhandenseins von oberflächenaktiven Proteinen und deren Gushingpotenzial untersucht. Dabei wurden zwei auffällige Proteine von Penicillium oxalicum identifiziert. Auf der Basis der Gensequenz eines dieser Proteine konnte ein DNS-basiertes Nachweissystem entwickelt werden, das P. oxalicum bereits auf Trauben erkennt und Schlüsse auf ein mögliches Gushingrisiko erlaubt.

Es wurde gezeigt, dass frühzeitiger Verderb von ESL-Milch zum Großteil auf psychrotolerante Sporenbildner und hitzesensitive Postpasteurisierungs-Rekontaminanten zurückzuführen ist. Während bei baktofugierter ESL-Milch eine Transmission der Sporen aus der Rohmilch in das Endprodukt stattfindet, spielt sie bei mikrofiltrierter ESL-Milch nur in Abhängigkeit hoher Sporenzahlen eine Rolle. Vor allem Rekontaminationen aus der Anlage erhöhen das Verderbsrisiko. Eine neue Spezies und eine neue Gattung der Paenibacillaceae wurden beschrieben., It is shown that premature spoilage of ESL milk is mainly induced by psychrotolerant spore-forming bacteria and post-pasteurization recontaminants. In bactofuged ESL milk a transmission of spores from raw milk to end products was observed. In microfiltered ESL milk, however, it only occurred in rare cases and was associated with elevated spore-counts. Especially recontamination within the plant increases the risk of spoilage. Additionally, a novel species and a novel genus belonging to the Paenibacillaceae were described.

Colonization of the human intestinal tract is a complex process influenced by many factors such as mode of delivery and type of feeding. The succession of microbial species in the developing gut may be driven by the addition of bacteria to the infant’s diet. However, the effect of bifidobacteria supplementation on the intestinal microbiota function and dynamic is not well studied. In the current double blind, placebo-controlled study, 106 healthy infants were randomized to two formula groups, and studied in parallel to a breast-fed comparison group (n=9). Formula-fed infants either received a whey based infant formula (n=49) or the same formula containing 108 colony-forming units (CFU) of four Bifidobacterium spp. per gram powder (n=48). Faecal samples were collected monthly over a period of one year and at the age of two years. Breast milk samples were collected one and three months postnatally. High-throughput 16S rRNA amplicon sequencing by Illumina, high resolution metabolite analysis (UPLC-MS) and human milk oligosaccharide analysis were applied. Bifidobacteria-supplemented formula altered the microbiota at early age and shifts in bacterial composition were primarily associated with a decreased occurrence of Bacteroides and Blautia spp. and with changes in lipids and unknown metabolites. Differences in bacterial and metabolite profiles between intervention and placebo groups disappeared over time, and no long-term colonization (24 months) of the supplemented bifidobacteria was detected. Comparisons between infants fed by formula or breast showed that the differences between intervention and placebo groups were smaller and more temporal than those observed between breast- and formula-fed infants. The main hallmark of breastfeeding was a faecal ecosystem that was consistently less diverse throughout the first year of life, while at the age of two years, the initial feeding regime was not a significant determinant for the composition of the microbiota. Human milk, Die Kolonisierung des menschlichen Darms ist ein komplexer Prozess, welcher durch unterschiedliche Faktoren, wie die Art der Geburt und die Art der Nahrung beeinflusst wird. Die Ansiedelung der Bakterien im gastrointestinalen Trankt kann möglicherweise bereits frühzeitig durch den Verzehr von zugesetzten Bakterien in der Nahrung beeinflusst werden. Dessen Einfluss auf die intestinale Dynamik und Funktion ist allerdings noch weitgehend ungeklärt. In der vorliegenden doppelblinden, Plazebo kontrollierten Studie wurden 106 gesunde Neugeborene in zwei Gruppen randomisiert und parallel zu einer ausschließlich gestillten Kohorte analysiert (n=9). Die Plazebogruppe (n=49) erhielt eine Molken-basierte Säuglingsmilch, die Interventionsgruppe dasselbe Produkt, jedoch mit 107 koloniebildenden Einheiten (KbE) der Bifidobakterienspezien pro Gramm Pulver (n=48). Stuhlproben wurden einmal monatlich bis zum ersten Lebensjahr, sowie ein weiteres Mal im Alter von zwei Jahren entnommen. Muttermilchproben wurden ein Monat nach der Geburt analysiert. 16S rRNA Illumina Sequenzierung sowie Analysen zur Bestimmung der Metabolitenprofile (UPLC-MS) und der Oligosaccharide (HMO) in der Muttermilch wurden vorgenommen. Die Zugabe von Bifidobakterien zur Säuglingsmilch hat gezeigt, dass die bakterielle Zusammensetzung wenige Wochen nach der Geburt mit einer verminderten Bacteroides und Blautia spp. Konzentration einhergeht. Außerdem wurden Änderungen in der Menge von lipiden und unbekannten Metaboliten festgestellt. Die kompositionellen und funktionellen Unterschiede zwischen Interventions- und Plazebogruppe verschwanden mit zunehmendem Alter, wobei eine langfristige Kolonisierung (24 Monate) mit den zugefügten Bakterienstämmen ausgeschlossen wurde. Vergleiche zwischen gestillten und zugefütterten Kindern haben gezeigt, dass die beobachteten Diskrepanzen zwischen Interventions- und Plazebogruppe weitaus geringer und temporärer waren als jene zwischen Kindern, welche entweder Muttermilch oder Fla

Primary bovine mammary epithelial cells (pbMEC) are increasingly used as primary cell culture model to investigate the molecular mechanisms of the innate immune response in the bovine mammary gland. High producing dairy cows are often challenged with mastitis pathogens like Staphylococcus aureus or Escherichia coli. As pbMEC are lining the alveoli of the bovine udder, they contribute to the blood-mammary gland barrier and are already known to be able to recognize pathogens and furthermore, induce specific signaling pathways that result in the production and secretion of chemotactic molecules. However, in order to elucidate molecular mechanisms that are responsible for the functionality of the innate immune response cascade, it is important to employ advanced cell culture models that better guarantee the transferability of in vitro data. Therefore, our aim was to establish an advanced, more in vivo-like cell culture model that enables a more native behavior of pbMEC in vitro. pbMEC extracted from milk of healthy Brown Swiss cows were non-invasively extracted and used for the generation of a functional 3D cell culture model. The extracellular matrix was mimicked using the extracellular matrix-like scaffold Matrigel® and the cell culture medium was further supplemented with lactogenic hormones, like prolactin and hydrocortisone, and the essential amino acid L-lysine. The 3D cell culture model was further used to conduct two infection studies with pbMEC obtained from Brown Swiss cows. The aim of the first study was to elucidate a set of special molecular biomarkers that play a key role in the promotion of innate immunity against gram-positive bacteria. Furthermore, those molecular biomarkers should be used to distinguish between high and low responder dairy cows. The term high and low responder cow, hereby refers to the ability of the animal to produce and secrete high specific immunoglobulin concentrations into the milk. The human pathogen Clostridium difficile is of g, Zur Erforschung der molekularen Mechanismen der innaten Immunantwort im bovinen Euter werden vor allem primäre bovine Euterepithelzellen (pbMEC) verwendet. Da pbMEC die Alveolen des bovinen Euters auskleiden, stellen sie die erste zelluläre Abwehr gegen mögliche Pathogene dar und bilden somit die Blut-Euter-Schranke. In früheren Studien wurde bereits gezeigt, dass pbMEC Pathogene erkennen und spezifische Signaltransduktionswege induzieren können, die zur Produktion und Sekretion von chemotaktischen Molekülen führen. Es ist allerdings von großer Bedeutung abgewandelte Zellkulturmodelle, für die Erforschung zugrundeliegender molekular-physiologischer Mechanismen der innaten Immunantwort, zu etablieren. Dies könnte die Übertragbarkeit der Daten, die in einem in vitro Modell generiert wurden, erleichtern. Unser Ziel war es ein funktionales 3D Zellkulturmodell der pbMEC zu generieren, welches versucht die Umgebung der pbMEC möglichst realitätsgetreu nachzuahmen. Hierfür wurden pbMEC aus der Milch von Brown Swiss Kühen isoliert und auf dem, die extrazelluläre Matrix nachahmendem Gerüst, Matrigel®, kultiviert. Den unterschiedlichen Zellkulturmedien-Kompositionen, wurden zudem noch die laktogenen Hormone Prolaktin und Hydrokortison und die essentielle Aminosäure L-Lysin zugesetzt. Basierend auf diesem funktionalen 3D Zellkultur Ansatz wurden zwei Infektionsstudien an isolierten pbMEC durchgeführt. Im Rahmen der ersten Studie sollten potentielle molekulare Biomarker gefunden werden, die eine Schlüsselrolle in der innaten Immunantwort gegen gram-positive Bakterien, einnehmen. Zudem sollten die molekularen Biomarker dazu beitragen, laktierende Kühe in „High Responder“ und „Low Responder“ zu unterteilen. Die Begriffe High und Low Responder definieren sich hierbei durch die Menge an spezifischem Immunglobulin A, das die Kuh durch eine vorangegangene Immunisierung produzieren und in die Milch abgeben kann. Im Rahmen dieser ersten Immunstudie wurde der gram-positive Erreger Clostr

This thesis highlights the potential of endolysin in combination with high hydrostatic pressure to eradicate Gram-positive pathogens in foods. This work demonstrates that endolysins can substantially enhance the bactericidal effect of high pressure and enable the inactivation of cells at milder pressure parameters. New insights into the mechanistic background of bacterial inactivation by the combination of these techniques are provided, the understanding of endolysin’s antimicrobial activity is deepened, and the role of the cell wall in high pressure resistance is highlighted., Die vorliegende Arbeit beleuchtet das Potential von Endolysinen in Kombination mit hydrostatischem Hochdruck für die Inaktivierung von grampositiven Pathogenen in Lebensmitteln. Der Einsatz von Endolysinen erhöhte den antibakteriellen Effekt des Hochdruckverfahrens und ermöglichte die Abtötung von Zellen bei reduzierter Intensität der Hochdruckbehandlung. Darüber hinaus wurden grundlegende Erkenntnisse zum Wirkmechanismus der synergistischen Abtötung, einem vertieften Verständnis des antimikrobiellen Effekts von Endolysinen und der Rolle der Zellwand in Hochdruckresistenz erarbeitet.

In the dairy chain Staphylococcus aureus (S. aureus) is assumed to be the most important causative organism of subclinical mastitis and originator of food poisoning outbreaks. Its high biodiversity is characterized by host specificity and its ability to adapt. In this context, the incidence of MRSA in the clinical area is most characteristic. The present work discusses the methodical difficulties of isolation and epidemiology, as well in the control of this pathogen in dairy herds. For long term studies phage typing has shown to be indispensable and to be a sufficiently discriminative method. The reduction of S. aureus in phage group IV from over 60 % to less than 20 % over the past 40 years is closely correlated with a significantly increased variability regarding the egg-yolk reaction, haemolysis and the morphology of colonies, causing difficulties in the isolation of the pathogen. The transmission of S. aureus in dairy herds can significantly be attributed to the lack of disinfection of the machinery between the milking of individual cows., In der Milchwirtschaft gilt Staphylococcus aureus (S. aureus) als wichtigster Erreger subklinischer boviner Mastitiden und Verursacher von Lebensmittelvergiftungen. Seine hohe Biodiversität ist geprägt durch Wirtsspezifität und Anpassungsfähigkeit. Kennzeichnend hierfür ist das Auftreten von MRSA im klinischen Bereich. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit methodischen Problemen der Isolierung und Epidemiologie sowie der Kontrolle des Erregers im Tierbestand. Für Langzeitstudien erwies sich die Phagentypisierung als unverzichtbare und ausreichend diskriminative Methode. Die Reduktion von S. aureus in Phagengruppe IV von ≥ 60 % auf < 20 % während der letzen 40 Jahre ist eng verbunden mit der deutlich angestiegenen Variabilität bezüglich Eigelbreaktion, Hämolyse und Koloniemorphologie und den damit hervorgerufenen Schwierigkeiten in der Isolierung. Die Übertragung des Erregers im Tierbestand ist wesentlich auf das Fehlen einer Zwischendesinfektion des Melkzeugs von Tier zu Tier zurückzuführen.

This work explored the role of psychrotrophic, psychrophilic and previously uncultured bacteria in meat spoilage and offers approaches for their detection, and suppression or exploitation towards a retarded spoilage process. The results of this study can initiate a process that enables the reduction of discarded meat in the production and distribution chain, and at the consumer. On long term, millions of tons of carbon dioxide, water, feedstuff and livestock could be saved globally., Diese Arbeit hat die Rolle von psychrotrophen, psychrophilen und bisher unkultivierten Bakterien beim Fleischverderb erforscht und Konzepte zu deren Detektion und Unterdrückung bzw. Nutzbarmachung im Sinne eines verzögerten Fleischverderbs entwickelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können einen Prozess initiieren, der es ermöglicht, dass die Menge an weggeworfenem Fleisch in der Produktions- und Vertriebskette sowie beim Konsumenten reduziert wird. Dadurch könnten langfristig global Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid, Wasser, Futtermittel und Viehbestand eingespart werden.

Um die Fourier transform Infrarot (FTIR) Spektroskopie als Identifizierungsmethode mikrobieller Isolate aus pharmazeutischen Betrieben zu etablieren wurden in dieser Arbeit FTIR-Datenbanken an die mikrobielle Biodiversität pharmazeutischer Reinräume angepasst. Zur Entwicklung einer Methode zur kultivierungsfreien Identifizierung von mikrobiellen Reinraumisolaten wurden Versuche zur effizienten Amplifizierung bakterieller 16S rRNA-Gene durchgeführt. Zudem wurden eine neue Spezies (Micrococcus cohnii) und eine neue Gattung der Familie Propionibacteriaceae beschrieben., To establish the Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy as a method for identification of bacterial isolates from pharmaceutical environments, FTIR databases were adapted to the microbial biodiversity present in pharmaceutical clean rooms. Additionally, investigations were carried out to find an efficient method for amplifying bacterial 16S rRNA genes, to develop a procedure for identifying of microbial clean room isolates without a cultivation step. Furthermore, a new species (Micrococcus cohnii) and a new genus within the family Propionibacteriaceae could be described.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss von Nitrit auf Wachstum und Transkriptom von Listeria monocytogenes sowie die temperaturabhängige Regulation des Stickstoffmetabolismus in L. monocytogenes untersucht. Dabei zeigte sich, dass NaNO2 das Wachstum des Bakteriums inhibiert, wobei 50 Gene Nitrit-abhängig reguliert werden. Microarray-Analysen wiesen außerdem eine temperaturabhängige Transkription der Stickstoffgene glnRA, amtB-glnK und gdh nach., In this work, the effect of nitrite on growth and the transcriptome of Listeria monocytogenes and the temperature dependent regulation of the nitrogen metabolism in L. monocytogenes were analyzed. Growth studies revealed a clear growth retardation of L. monocytogenes in the presence of NaNO2.and 50 genes were identified showing nitrite dependent transcription. Additionally, microarray analyses revealed a temperature dependent transcription of the nitrogen genes glnRA, amtB-glnK and gdh.

The pathogenicity of the emetic Bacillus cereus arises from the small and extremely stable cyclododecadepsipeptide cereulide. In this work an effective bio fermentation method for high quantity and quality production of cereulide was established and a precise toxin quantification method was developed using a biosynthetically produced 13C-labelled internal cereulide standard for detection of cereulide in complex matrices such as food and clinical samples. By characterisation of cereulide’s ecological role an anthelmintic, antibacterial and insecticidal action of cereulide was demonstrated in biological assays. To study the toxin action on mammal body, intoxication studies with pigs were performed, indicating influences on the central nervous system., Die Pathogenität von emetischen Bacillus cereus ist auf das kleine und hochstabile Cyclododekadepsipeptid Cereulide zurückzuführen. In dieser Arbeit wurde eine effektive Methode für die Produktion von Cereulid in hoher Quantität sowie Qualität etabliert und eine präzise Toxinquantifizierungsmethode mit Hilfe eines biosynthetisch produziertem 13C-markiertem internen Cereulidstandards für eine Detektion von Cereulid in komplexen Matrizes wie Lebensmittel oder klinische Proben entwickelt. Bei einer näheren Charakterisierung der ökologischen Rolle von Cereulid konnte eine Wirkung auf Bakterien, Nematoden und Insekten in biologischen Assays festgestellt werden. Um die Wirkung des Toxins auf den Körper von Säugetieren zu untersuchen, wurden Intoxikationsstudien mit Schweinen durchgeführt, die auf eine Beeinflussung des Zentralnervensystems hindeuten.

In dieser Studie wurde die Rolle des Caveolin-1 (Cav1) hinsichtlich der Helicobacter pylori (Hp)-induzierten Gastritis untersucht. Es wurde gezeigt, dass Cav1 vor einer verstärkten Gastritis und damit assoziierten Magenschleimhautschäden schützt sowie die durch das Hp-Toxin CagA induzierte Bildung von Stressfilamenten hemmt. Im Laufe der Infektion wurde Cav1 herunterreguliert, was als eine Strategie des Hp anzunehmen ist um so die Wirkung seiner Virulenzfaktoren in den Wirtzellen zu fördern., In this study the function of Caveolin-1 (Cav1) in Helicobacter pylori (Hp)-induced gastritis has been analyzed. It has been shown that Cav1 protects the development of enhanced gastritis and associated gastric mucosa damage and inhibits formation of stress fibers induced by Hp toxin CagA. With infection time Cav1 gene expression was down regulated. Assumably, this could be a strategy of Hp to promote the effect of its virulence factors on the host cells.