Diagnostic of the pathogenic bacterium Pseudomonas aeruginosa by bacteriophages

Pseudomonas aeruginosa ist ein opportunistisches Humanpathogen, das Infektionen in Atemwegen, Harnwegen und Wunden verursachen kann. Es stellt ein Gesundheitsproblem bei der Produktion von Nahrungsmitteln und Kosmetikprodukten dar. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Diagnostik-Systems zum Nachweis lebender P. aeruginosa Bakterien durch Bakteriophagen. Prinzipiell sollten P. aeruginosa-spezifische Bakteriophagen immobilisiert auf Nanopartikeln auf mit P. aeruginosa kontaminierten Proben appliziert werden. Die dabei in den P. aeruginosa Zellen entstehende Phagen-DNA sollte amplifiziert und nachgewiesen werden. Zuerst konnte gezeigt werden, dass die Phagen JG012, JG054 und JG057 ihren P. aeruginosa Wirt über Pili-Strukturen erkennen und eine Vielzahl an P. aeruginosa-Isolaten aus CF-Patienten und Harnwegsinfektionen infizieren können. Zudem konnte dsDNA identifiziert und die Phagen JG012 und JG054 der Familie Siphoviridae und JG057 der Familie Podoviridae zugeordnet werden. Von vier zur Immobilisierung getesteten Nanopartikeln mit verschiedenen Oberflächen-funktionen zeigten die Dynabeads® M-270 Epoxy für den Phagen JG012 und die Dynabeads® M-280 Streptavidin für den Phagen JG024 die besten Ergebnisse. Zudem konnte ein im Vergleich zum freien Phagen unverändertes Infektionsverhalten bestätigt werden. Die Phagen-DNA Präparation und Amplifizierung wurde erfolgreich etabliert. Der Nachweis von P. aeruginosa gebildeter Phagen-DNA gelang mittels Lateral Flow Dipstick. Die Verifizierung des neuen Diagnostik-Systems mit drei realen Proben aus der Kosmetikindustrie zeigte eine hohe Sensitivität und Reproduzierbarkeit. Zusammengefasst wurden die kompletten Grundlagen eines Phagen-basierten Nachweises von lebenden P. aeruginosa-Zellen in klinisch, aber auch sonstigen kontaminationsgefährdeten Produkten, wie Kosmetika gelegt.Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen, which can cause infections of the respiratory tract, urinary tract and burn wound infections. It is a major health concern for the production of food and cosmetics. The aim of this work was the development of a fast and reliable diagnostic system based on bacteriophages for the detection of living P. aeruginosa cells. In principle, P. aeruginosa-specific bacteriophages immobilized on nanoparticles should be applied on with P. aeruginosa contaminated samples. The phage-DNA produced in the P. aeruginosa cells should be amplified and detected. At first, it could be shown that the screened phages JG012, JG054 and JG057 recognized their P. aeruginosa host via pili-structures and infected a variety of clinical isolates of CF-patients and patients with urinary tract infections. Furthermore, the contained dsDNA and JG012 and JG054 could be grouped to the family Siphoviridae and JG057 to the family Podoviridae. Four different nanoparticles with various surface functions were tested, where the Dynabeads® M-270 Epoxy showed the best binding results for the used phage JG012 and the Dynabeads® M-280 Streptavidin for the phage JG024. Furthermore, an unchanged infectivity could be confirmed compared to the free phages. The phage-DNA preparation and amplification was successfully established. The detection of P. aeruginosa produced phage-DNA succeeded by lateral flow dipstick. The verification of the new diagnostic system with three samples of the cosmetic industry showed a high sensitivity and reproducibility. In summary, the complete foundations were laid for a phage-based diagnosis of living P. aeruginosa cells in clinical, but also in other contamination endangered products, like cosmetics