Der Kampf gegen Staphylococcus aureus - Ubiquitäres Anti-Emp und die Detektionsbasis für stochastische Peptidarrays

Ein menschlicher Antikörper gegen das extrazelluläre Matrixprotein (Emp) von
Staphylococcus aureus wird in einem großen Anteil von Spenderseren nachgewiesen und
zeigt in Substitutionsanalysen in jedem Serum sehr ähnliche Antikörper-Fingerabdrücke. Der
Antikörper besitzt das Epitop ‚HYVPEFKGSLPAPRV‘, welches einem Aminosäureabschnitt
am C-Terminus des Antigens entspricht. Diese Beobachtung widerspricht einer zufällig
gesteuerten Entwicklung und Selektion des Antikörpers. In dieser Arbeit wird das
Hauptaugenmerk daraufgelegt, das Phänomen dieses Antikörper-Fingerabdrucks durch
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Immunfärbungen von Substitutionsanalysen einer größeren Population von Patienten zu
beobachten sowie Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu charakterisieren. Der Antikörper
wird in der Dissertation aus dem Serum aufgereinigt, analysiert, charakterisiert und auf eine
mögliche Funktion überprüft.
Als zusätzliches Ziel wird die Detektionsgrundlage einer neuartigen und kostengünstigen
Entwicklung getestet, welche dabei helfen könnte, eine Vielzahl von potentiell antibakteriellen
Substanzen aus einer großen Auswahl an zufällig generierten Peptiden zu identifizieren.
Aufgrund der steigenden Anzahl an Pathogenen, welche Resistenzen gegen antimikrobielle
Substanzen entwickeln, steigt die Nachfrage nach humanverträglichen Alternativen weiter an.
Die Entwicklung neuer Antibiotika ist derweil ein sehr zeit- und kostenaufwändiges
Unterfangen. Ein Ultrahochdurchsatzverfahren, welches eine kostengünstige, stochastische
Generation von mehreren Millionen Peptiden in einem einzigen Array erlaubt, sollte den
Aufwand eines Screenings nach antibakteriellen Substanzen um ein Vielfaches reduzieren.
Staphylococcus aureus hat eine hohe Relevanz im aktuellen Gesundheitswesen, da es für
einen Großteil der nosokomialen Infektionen verantwortlich ist. Es kann ein großes Spektrum
an Organen und Implantaten infizieren und ist aufgrund seiner Versatilität,
Anpassungsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit und zunehmenden Resistenz gegen antibiotische
Substanzen sehr schwierig zu behandeln. Es wurden bereits viele Versuche unternommen,
um einen effektiven Impfstoff gegen das Bakterium zu entwickeln. Viele davon waren
vielversprechend, aber bisher sind letztendlich alle Versuche, einen solchen Impfstoff zu
entwickeln, gescheitert. Weitere Forschungen über dieses Bakterium sorgen aber zunehmend
für ein besseres Verständnis der Beziehung zwischen Staphylococcus aureus und dem
Menschen. Sie erhöhen somit die Chance, einen effektiven Impfstoff zu entwickeln. Das
Wissen, welches in dieser Dissertation gesammelt wird, soll zusammen mit einer intensiven
Recherche zur Aufklärung über den Ursprung und die Funktion des Antikörpers beitragen.
Diese Arbeit soll das Wissen über Staphylococcus aureus erweitern und damit die Medizin auf
dem Weg zur Entwicklung eines wirksamen Impfstoffes unterstützen.

A human antibody against the extracellular matrix protein (Emp) of Staphylococcus aureus is
discovered in a large proportion of donor sera and shows very similar antibody fingerprints in
substitution analyses in each serum. The antibody presents the epitope
‚HYVPEFKGSLPAPRV‘, which corresponds to an amino acid segment at the C-terminus of
the antigen. This observation contradicts the common theory of randomized development and
selection of antibodies. In this thesis, the focus is set on the observation of the phenomenon
shown by this antibody fingerprint. This is achieved by comparing differences and similarities
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of immunostainings and substitution analyses of a larger population of patients. After
purification of the antibody from patient serum, it will be subsequently analysed, characterized
and tested for possible function within the scope of this thesis.
As an additional goal, the detection basis of a novel and inexpensive screening method will be
investigated. This method could help to identify a variety of potentially antibacterial substances
from a large selection of randomly generated peptides. Due to the increasing number of
pathogens developing resistance to antimicrobial agents, the demand for human-compatible
alternatives continues to grow. Meanwhile, the development of new antibiotics is a very time-
consuming and costly endeavour. An ultra-high-throughput method that allows cost-effective,
stochastic generation of several million peptides in a single array should reduce the effort of
screening for antibacterial substances significantly.
Staphylococcus aureus as a pathogen is highly relevant in the current healthcare system, as
it is responsible for a large proportion of nosocomial infections. It can infect a wide range of
organs and implants and is very difficult to treat due to its versatility, adaptability, resilience
and increasing resistance to antibiotic substances. Many attempts have been made to develop
an effective vaccine against this bacterium. Some have been promising, but so far, all attempts
to develop such a vaccine have ultimately failed. However, further research into this pathogen
is cumulatively providing a better understanding of the relationship between Staphylococcus
aureus and humans, increasing the chances of gradually developing an effective vaccine. The
knowledge gathered in this dissertation, together with intensive research on published studies,
will help to approach the elucidation of the origin and function of the antibody. This contribution
has the intention to increase the knowledge about Staphylococcus aureus and bringing
healthcare a step closer to a successful vaccine.