TY - THES T1 - Vergleichende Transkriptomanalyse und funktionelle Untersuchungen von enterohämorrhagischen Escherichia coli nach Kultivierung in Pflanzenmedium A1 - Bufe,Thorsten Y1 - 2020/02/04 N2 - Bei enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC) handelt es sich um humanpathogene Bakterien, welche beim Menschen schwerwiegende gastrointestinale Erkrankungen auslösen können. Der Gastrointestinaltrakt von Rindern wird als Hauptreservoir von EHEC angesehen und die primäre Infektionsquelle des Menschen stellt kontaminiertes, rohes Fleisch dar. Jedoch kam es in den letzten Jahrzehnten vermehrt zu EHEC-Infektionen, welche mit dem Verzehr von rohem Gemüse und Salatpflanzen assoziiert wurden. Heute ist es anerkannt, dass diese Infektionen dadurch begünstigt werden, dass EHEC-Bakterien in der Lage sind, Pflanzen als Sekundärwirte zu nutzen und damit eine Übertragung auf den Menschen erleichtern. Um diese Interaktion zwischen Pathogen und Pflanze besser zu verstehen, sind grundlegende Kenntnisse in der molekularen Anpassung an pflanzliche Bestandteile nötig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anpassung verschiedener EHEC Stämme an pflanzliche Bestandteile untersucht, dazu wurden O157:H7 Stamm Sakai, O104:H4 Stamm C227-11phicu und O157:H- Stamm 3072/96 als Prototypen ausgewählt. Zunächst konnte in Wachstumsexperimenten in einem artifiziellen Salatmedium gezeigt werden, dass Inhaltsstoffe des Salatmediums für ein erfolgreiches Wachstum aller drei Stämme ausreichend waren. In der RNA-Sequenzierung wurde die differentielle Genexpression der drei Stämme nach Wachstum in Salatmedium gegenüber dem Wachstum in M9-Minimalmedium bestimmt. Um Gene zwischen den Stämmen anhand einer einheitlichen Genbezeichnung miteinander zu vergleichen, wurde die differentielle Genexpression mit der Grundlage eines geteilten Genoms der drei pathogenen Stämme inklusive Referenzstamm Escherichia coli Stamm K-12 Substamm MG1655 durchgeführt. Analog zum erfolgreichen Wachstum in Anwesenheit pflanzlicher Bestandteile zeichnete sich eine erhöhte Transkription von zahlreichen Genen des Kohlenhydrat- und Peptidmetabolismus in allen drei Stämmen ab. Besonders die Gene des Lactose- (lacZ), Ribose- (rbsAC) und Xylosemetabolismus (xylF) waren in allen Stämmen deutlich hochreguliert. Die deutlichsten transkriptionellen Unterschiede zwischen den Stämmen zeigten sich in der Regulation von Motilitäts- und Chemotaxis-Genen. O104:H4 Stamm C227-11phicu zeigte in Anwesenheit pflanzlicher Bestandteile eine starke Expression aller Gene der drei Flagellenklassen (Klasse I, II und III). Dazu gehören die Gene, welche für den Aufbau der Flagellengrundstruktur (fli, flg), der Ausbildung des Filaments (fliC) sowie des Chemotaxis-Systems (che, tar, tap) verantwortlich sind. Dem entgegen konnte bei O157:H7 Stamm Sakai ausschließlich eine erhöhte Expression der Klasse I und II Flagellengene beobachtet werden. In Übereinstimmung mit den Transkriptomdaten zeigten diese beiden Stämme ein gesteigertes Schwimm- und Schwärmverhalten auf Motilitätsplatten in Anwesenheit von Salatextrakt. Ausschließlich bei dem, ausgelöst durch eine Deletion im Gen flhC, unbeweglichen O157:H- Stamm 3072/96 konnte eine gesteigerte Expression von Virulenzfaktoren der LEE-Pathogenitätsinsel beobachtet werden. Dazu gehörten Gene für den Aufbau des T3SS (esc) sowie T3SS-vermittelten Effektoren (esp). Interessanterweise äußerte sich dieser Stamm als leistungsfähiger Biofilmbildner in M9-Minimalmedium. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Komplementierung des intakten flhC-Gens die Beweglichkeit von O157:H- Stamm 3072/96 wieder herstellen konnte. In diesem Zusammenhang konnte ebenfalls festgestellt werden, dass die Deletion im Gen flhC nicht der alleinige Grund für die erhöhte Biofilmbildung dieses Stammes war. Zusätzlich zur Bestimmung der Biofilmbildung wurden die Stämme auf ihre Adhärenz an HT-29 Zellen untersucht. Hierbei konnte für O157:H- Stamm 3072/96 gegenüber den motilen Stämmen eine signifikant erhöhte Adhärenz beobachtet werden, das geringste Adhärenzpotential konnte bei O157:H7 Stamm Sakai festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Studie liefern klare Hinweise, dass die verschiedenen EHEC-Stämme fähig sind, sich an die Nährstoffverfügbarkeiten in einem pflanzlichen Wirt anzupassen. Es kann davon ausgegangen werden, dass Flagellen und das Chemotaxis-System eine entscheidende Rolle in der Auffindung von Pflanzen und deren Erschließung spielen. Außerdem könnten Curli-Strukturen eine elementare Funktion bei der initialen Anheftung und der anschließenden Biofilmbildung auf pflanzlichem Gewebe spielen. Vermutlich sind, neben dem typischen Pflanzen-assoziierten Ausbruchstamm O157:H7 Stamm Sakai, auch weitere EHEC-Stämme in der Lage ihr genetisches Repertoire auszunutzen, um eine Antwort auf die atypische Bedingungen dieser Nische zu gewährleisten. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse legen nahe, dass die Stämme aufgrund ihrer unterschiedlichen genetischen Ausstattung, neben zahlreichen übereinstimmenden Mechanismen, zusätzlich auch stammspezifische Strategien bei einer Interaktion mit Pflanzen als Sekundärwirte zeigen. KW - EHEC KW - Pflanzen KW - Transkriptomanalyse KW - Motilität KW - Biofilm CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2020/1700 ER -