An RND-Type Efflux System in Borrelia burgdorferi Is Involved in Virulence and Resistance to Antimicrobial Compounds

Borrelia burgdorferi is remarkable for its ability to thrive in widely different environments due to its ability to infect various organisms. In comparison to enteric Gram-negative bacteria, these spirochetes have only a few transmembrane proteins some of which are thought to play a role in solute and nutrient uptake and excretion of toxic substances. Here, we have identified an outer membrane protein, BesC, which is part of a putative export system comprising the components BesA, BesB and BesC. We show that BesC, a TolC homolog, forms channels in planar lipid bilayers and is involved in antibiotic resistance. A besC knockout was unable to establish infection in mice, signifying the importance of this outer membrane channel in the mammalian host. The biophysical properties of BesC could be explained by a model based on the channel-tunnel structure. We have also generated a structural model of the efflux apparatus showing the putative spatial orientation of BesC with respect to the AcrAB homologs BesAB. We believe that our findings will be helpful in unraveling the pathogenic mechanisms of borreliae as well as in developing novel therapeutic agents aiming to block the function of this secretion apparatus

Channel formation in model membranes by the adenylate cyclase toxin of Bordetella pertussis: Effect of calcium

Calmodulin-dependent adenylate cyclase toxin (ACT or CyaA) of Bordetella pertussis requires calcium ions for target cell binding, formation of hemolytic channels, and delivery of its enzyme component into cells. We examined the effect of calcium and calmodulin on toxin interaction with planar lipid bilayers. While calmodulin binding did not affect the properties of CyaA channels, addition of calcium ions and toxin to the same side of the membrane caused a steep increase of the channel-forming capacity of CyaA. The calcium effect was highly specific, since among other divalent cations only strontium caused some CyaA activity enhancement. The minimal stimulatory concentration of calcium ions ranged from 0.6 to 0.8 mM, depending on the ionic strength of the aqueous phase. Half-maximal channel activity of CyaA was observed at 2-4 mM, and saturation was reached at 10 mM calcium concentration, respectively. The unit size of single CyaA channels, assessed as single-channel conductance, was not affected by calcium ions, while the frequency of CyaA channel formation strongly depended on calcium concentration. The calcium effect was abrogated upon deletion of the RTX repeats of the toxin, suggesting that binding of calcium ions to the repeats modulates the propensity of CyaA to form membrane channels

Vor-Ort-Nachweis bioterroristisch relevanter Agenzien

In Europa besteht eine abstrakte Gefährdungslage nicht nur für konventionell durchgeführte Anschläge mit Waffen oder Sprengstoffen, sondern auch für Anschläge, bei denen biologische Agenzien eingesetzt werden. Zur Gefahrenabwehr werden daher kontinuierlich schnelle und zuverlässige Nachweisverfahren entwickelt und erprobt. Für die Anwendung im stationären Labor wurde für bioterroristisch relevante Agenzien bereits ein umfassendes Spektrum an Nachweismethoden etabliert. Für eine Vor-Ort-Detektion aus Umweltproben werden darüber hinaus von den Einsatzkräften zunehmend vergleichbar verlässliche mobile Nachweissysteme zur ersten Lagebewertung gewünscht. Basierend auf den Funktionsprinzipien können generische, immunologische und nukleinsäurebasierte Vor-Ort-Detektionsverfahren unterschieden werden. Diese sollten einfach durchzuführen, schnell, sensitiv und spezifisch sein. Kommerziell erhältliche Vor-Ort-Detektionssysteme haben systembedingt häufig eine eingeschränkte Sensitivität und sind zumeist nicht von unabhängiger Seite validiert. Darüber hinaus stellt die Vielfalt an potenziell nachzuweisenden Agenzien in komplexen Umweltproben eine besondere Herausforderung dar. Daher ist detailliertes Wissen über Einsatzbereiche und Limitation der verwendeten Testsysteme zwingend erforderlich, um erhaltene Ergebnisse zielführend bewerten und Handlungsempfehlungen ableiten zu können. Ziel dieses Artikels ist es, einen Überblick über die Messprinzipien von Vor-Ort-Detektionssystemen für bioterroristisch relevante Viren, Bakterien und Toxine sowie Vor- und Nachteile der Testsysteme zu geben. Trotz vielversprechender Entwicklungen sind derzeit erhältliche Testsysteme zur Vor-Ort-Detektion noch beschränkt aussagekräftig. Deshalb sind Expertenlabore zur gesicherten Befundung von Umweltproben weiterhin einzubeziehen