Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Sequenzanalyse der für die Legionellose relevanten Schlüsselproteine der Organismen Legionella anisa, Legionella drancourtii und Legionella shakespearei, sowie mit in vitro-Kultivierungsexperimenten der Spezies Legionella pneumophila ATCC 33152. Zunächst wurden die gesetzlichen Gegebenheiten der Legionellenproblematik und die biologischen Hintergründe betrachtet, darunter die intrazellulären Mechanismen der Legionellose. Die Ergebnisse der Arbeit beinhalten Informationen über die Schlüsselproteine der drei Legionellen Spezies und deren mögliche Pathogenität.
Influenza Viren sind einzelsträngige RNA Viren, welche in drei unterschiedliche Typen unterteilt werden: A, B und C. Sie alle besitzen ein in acht Segmente unterteiltes Genom. Während Viren vom Typ B und C eher langsam im Menschen evolvieren, evolvieren Viren vom Typ A sehr schnell und verursachen milde bis schwere Erkrankungen. Sie sind daher eine ständige Gefahr für den Menschen. Neben den üblichen genetischen Mutationen zur Veränderung des Erbguts hat Influenza die Fähigkeit zur Reassortierung. In diesem Fall muss eine Wirtszelle gleichzeitig von zwei (oder mehr) unterschiedlichen Influenza Viren befallen sein, welche als neuer Virus von der Wirtszelle hervorgebracht werden und Segmente von beiden (allen) gleichzeitig infizierenden Vieren enthalten. Neben diesem speziellen Fall von Reassortierungen haben Influenza A Viren bereits eine hohe Mutationsrate. Ursache für die schnelle genetische Veränderung und die damit verbundene Umgehung des Immunsystems des Wirts, ist eine Polymerase der eine proofreading-Untereinheit fehlt. Speziell genetische Veränderungen in einem der beiden Oberflächenglykoproteinen - Hämagglutinin (HA) - können massive Auswirkungen auf die Fähigkeit des Virus haben, Menschen zu infizieren. Dieses Protein zeigt bevorzugte Aminosäuren auf, welche unter extremen Selektionsdruck stehen. Genetische Veränderungen in diesem Proteinen ist einer der Hauptgründe dafür, dass Influenza A Viren das Immunsystems des Wirts umgehen können, da dieses bevorzugt von Antikörpern erkannt wird. Exogenes Material wird sehr spezifisch durch das Immunsystem erkannt und ist sehr speziell auf die Oberfläche einiger Aminosäuren und deren Eigenschaften angepasst. Schon kleine Veränderungen an bekannten, wichtigen Stellen können zum Umgehen der Immunantwort des Wirts führen, da die Bindung und damit die Markierung durch Antikörper beeinträchtigt ist. Die hohe Mutationsrate von Influenza A Viren, speziell im HA protein, ist der Grund für die Notwendigkeit von jährlichen Impfungen.
Cell-free protein synthesis is gaining increasing importance in basic and applied research as a result of advances that have been made in the past years. This study successfully established a commercially available coupled in vitro transcription/translation system for DNA expression templates based on HeLa cell lysate and suitable detection methods. Possibilities to establish an inexpensive in-house CFPS system based on E. coli lysate were elucidated. Cell-free extract from E. coli strains HB101, JM109 and B (Luria) was generated using sonication and a streamlined procedure for the creation of a reaction mix for convenient and simple application in CFPS systems was established. Of the three strains tested using the in-house protocol, neither exhibited any CFPS activity.
A Protein is a large molecule that consists of a vast number of atoms; one can only imagine the complexity of such a molecule. Protein is a series of amino acids that bind to each other to form specific sequences known as peptide chains. Proteins fold into three-dimensional conformations (or so-called protein’s native structure) to perform their functions. However, not every protein folds into a correct structure as a result of mutations occurring in their amino acid sequences. Consequently, this mutation causes many protein misfolding diseases. Protein folding is a severe problem in the biological field. Predicting changes in protein stability free energy in relation to the amino acid mutation (ΔΔG) aids to better comprehend the driving forces underlying how proteins fold to their native structures. Therefore, measuring the difference in Gibbs free energy provides more insight as to how protein folding occurs. Consequently, this knowledge might prove beneficial in designing new drugs to treat protein misfolding related diseases. The protein-energy profile aids in understanding the sequential, structural, and functional relationship, by assigning an energy profile to a protein structure. Additionally, measuring the changes in the protein-energy profile consequent to the mutation (ΔΔE) by using an approach derived from statistical physics will lead us to comprehend the protein structure thoroughly. In this work, we attempt to prove that ΔΔE values will be approximate to ΔΔG values, which can lead the future studies to consider that the energy profile is a good predictor of protein binding affinity as Gibbs free energy to solve the protein folding problem.