Degradation of prion protein by the gastrointestinal microbiota of cattle [Elektronische Ressource] / Christina Scherbel

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ABTEILUNG MIKROBIOLOGIE ZENTRALINSTITUT FÜR ERNÄHRUNGS- UND LEBENSMITTELFORSCHUNG WEIHENSTEPHAN TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN angefertigt am Institut für Mikrobiologie und Toxikologie Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Standort Kulmbach Degradation of Prion Protein by the Gastrointestinal Microbiota of Cattle CHRISTINA SCHERBEL Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.med.vet. Dr.med.vet.habil. Dr.h.c. (Univ. Kaposvár, Ungarn) Johann Bauer Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr.rer.nat.habil. Siegfried Scherer 2. Univ.-Prof. Dr.med.vet. Dr.med.vet.habil. Erwin Peter Märtlbauer (Ludwig-Maximilians-Universität München) 3. Priv.-Doz. Dr.med.vet. Dr.med.vet.habil. Manfred Gareis (Ludwig-Maximilians-Universität München) Die Dissertation wurde am 25.01.2007 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Wissenschaftszentrum Weihenstephan am 08.05.2007 angenommen. Contents I Contents IList of abbreviations IV Sumary VIZusamenfasung VI 1. INTRODUCTION 1 1.1 Transmissible spongiform encephalopathies (TSE) 1 1.1.1 Definition 1 1.1.

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Extrait

ABTEILUNG MIKROBIOLOGIE ZENTRALINSTITUT FÜR ERNÄHRUNGS- UND LEBENSMITTELFORSCHUNG WEIHENSTEPHAN TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN  angefertigt am Institut für Mikrobiologie und Toxikologie Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Standort Kulmbach

 Degradation of Prion Protein by the Gastrointestinal Microbiota of Cattle  CHRISTINA SCHERBEL  Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines 

Doktors der Naturwissenschaften  (Dr. rer. nat.)

 genehmigten Dissertation.  Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.med.vet. Dr.med.vet.habil. Dr.h.c. (Univ. Kaposvár, Ungarn) Johann Bauer Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr.rer.nat.habil. Siegfried Scherer 2. Univ.-Prof. Dr.med.vet. Dr.med.vet.habil. Erwin Peter Märtlbauer (Ludwig-Maximilians-Universität München) 3. Priv.-Doz. Dr.med.vet. Dr.med.vet.habil. Manfred Gareis (Ludwig-Maximilians-Universität München)  Die Dissertation wurde am 25.01.2007 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Wissenschaftszentrum Weihenstephan am 08.05.2007 angenommen.

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Contents

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Contents List of abbreviations  Summary Zusammenfassung  1. INTRODUCTION  1.1   Transmissible spongiform encephalopathies (TSE)  1.1.1 Definition  1.1.2 Human TSE diseases  1.1.3 Animal TSE diseases  1.1.3.1 Bovine spongiform encephalopathy (BSE)  1.1.3.2 Scrapie  1.1.3.3 Chronic wasting disease (CWD)  1.1.3.4 Other animal TSE diseases  1.2 Nature of the infectious agent  1.2.1 Viral hypothesis  1.2.2 Prion hypothesis  1.3   protein (PrP) Prion  1.3.1 Function of prion protein (PrP)  1.3.2 Structure of prion protein (PrP)  1.3.3 Conversion of prion protein (PrP)  1.3.4 Pathogenesis  1.4   The gastrointestinal system  1.4.1 Dietary habits  1.4.2 Digestion  1.4.2.1 Definition  1.4.2.2 Digestion of non-ruminants  1.4.2.3 Digestion of ruminants  1.4.3 Microbiology of gastrointestinal tract  1.4.3.1 Rumen 

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 1.4.3.2 Small intestine  1.4.3.3 Large intestine  1.5   Aim of the work  2. MATERIALS AND METHODS   2.1 Preparation of brain homogenates  2.2 Preparation of intestinal homogenates  2.3In vitrodegradation assay  2.3.1 Proteinase K treatment  2.3.2 Gel electrophoresis  2.3.3 Western blot  2.3.4 Immunochemical detection  2.3.5 Removal of antibodies (Stripping)  2.4 Animal bioassay  2.4.1 Methods for sample preparation  2.4.2 Sample preparation forin vivohamster bioassays  2.4.3In vivohamster bioassay  3. RESULTS  3.1In vitrodegradation assay of scrapie associated prion protein (263K)  3.1.1 Control experiments of degradation assay  3.1.2 Degradation assay with microbial active samples  3.1.3 Repeatability of degradation assay  3.1.4 Characterisation of PrP Sc degrading microbiota  3.1.5 Degradation assay under physiological condition  3.1.6 Degradation assay withStreptococcus bovis  3.1.7 Detection of PrP Sc with different antibodies  

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II

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Contents

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3.2 Animal bioassay with scrapie associated prion protein (263K) 30 3.2.1 Biochemical analysis of the samples used for animal bioassay 30 3.2.2 Sample preparation for animal bioassay 31 3.2.3In vivohamster bioassay 33  3.3In vitrodegradation assay of BSE associated prion protein  35  4. DISCUSSION 37  4.1 Biochemical evidence of scrapie associated prion protein degradation  by the gastrointestinal microbiota of cattle 37 4.2  Significant infectivity of scrapie associated prion protein in  animal bioassay followingin vitrodigestion with bovine  gastrointestinal microbiota 40 4.3 Stability of the BSE associated prion protein towards the  gastrointestinal microbiota of cattle 43  5. CONCLUSION  6. REFERENCES  Publications Curriculum vitae Acknowledgement 

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III

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List of abbreviations

List of abbreviations  aa BSE °C cfu CJD CNS CWD DNA DSM E. coli e.g. ENS FFI g GALT GI GSS h ID50 kDa kg l LRS mA mab MBM M-cells mg min ml mM µl

                               

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amino acid bovine spongiform encephalopathy degree Celsius colony forming units Creutzfeldt-Jakob disease central nervous system chronic wasting disease deoxyribonucleic acid Deutsche Sammlung von Mikroorganismen Escherichia coli (lat. exempli gratia); for example enteric nervous system fatal familial insomnia gram gut associated lymphoid tissue gastrointestinal Gerstmann-Sträusler-Scheinker syndrome hours infectious dose kilo dalton kilogram litre lymphoreticular system milli ampere monoclonal antibody meat and bone meal membranous epithelial cells milligram minute millilitre millimolar microlitre

IV

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