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Genetische Organisation und Transkription eines Virulenz-assoziierten, instabilen Chromosomenabschnitts von Listeria ivanovii

Genetic organisation and transcription of a virulence-associated, instable chromosomal region of Listeria ivanovii

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-3303
  • Unter den sechs Arten der Gattung Listeria finden sich nur zwei pathogene Spezies. L. monocytogenes ist pathogen für Mensch und Tier, L. ivanovii nur tierpathogen. Beide Arten besitzen ein Virulenzgencluster, das auch als Pathogenitätsinsel LIPI-1 bezeichnet wird. Pathogenitätsinseln (PAIs) sind bei gram-negativen Bakterien weit verbreitet, wurden bei gram-positiven Pathogenen bisher jedoch nur selten beschrieben. In L. ivanovii wurde nun ein weiterer Virulenz-assoziierter, instabiler Chromosomenabschnitt entdeckt, der in einem TeilbereichUnter den sechs Arten der Gattung Listeria finden sich nur zwei pathogene Spezies. L. monocytogenes ist pathogen für Mensch und Tier, L. ivanovii nur tierpathogen. Beide Arten besitzen ein Virulenzgencluster, das auch als Pathogenitätsinsel LIPI-1 bezeichnet wird. Pathogenitätsinseln (PAIs) sind bei gram-negativen Bakterien weit verbreitet, wurden bei gram-positiven Pathogenen bisher jedoch nur selten beschrieben. In L. ivanovii wurde nun ein weiterer Virulenz-assoziierter, instabiler Chromosomenabschnitt entdeckt, der in einem Teilbereich Eigenschaften einer Pathogenitätsinsel besitzt. Ausgehend von einem spontanen, aber reproduzierbaren Deletionsereignis eines großen Genomabschnitts, der einige schon bekannte Virulenz-assoziierte Gene umfasst (i-inlE, i-inlF, smcL), wurden in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern an der "Universidad Complutense de Madrid", insbesondere mit G. Domínguez-Bernal die komplette deletierte Region sowie flankierende Genombereiche genauer analysiert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten rechts von dem bereits charakterisierten Gen smcL 13 neue Open Reading Frames (ORFs) bzw. Gene (ydeI, rnaH, norA) von L. ivanovii identifiziert werden, die größtenteils in der Deletionsmutante L. ivanovii GD-3 deletiert waren. Für die meisten Open Reading Frames konnten Homologien zu ORFs in den Genomsequenzen von L. monocytogenes und der apathogenen Art L. innocua gefunden werden. Eigene experimentelle Analysen zeigten zudem, dass diese ORFs in ähnlicher Anordnung auch in den apathogenen Arten L. seeligeri und L. welshimeri vorhanden sind, was wahrscheinlich macht, dass sie nicht an der Virulenz von Listerien beteiligt sind. G. Domínguez-Bernal fand im links von smcL liegenden Bereich eine Reihe neuer Internalingene, die alle spezifisch für L. ivanovii sind. Für die Gene i-inlE, i-inlF und smcL ist bereits bekannt, dass diese Virulenz-assoziiert sind. Dies führte zur Definition einer neuen, LIPI-2 genannten Pathogenitätsinsel in L. ivanovii, die außer smcL und i-inlFE alle neu gefundenen Internalingene umfasst. In dieser Arbeit durchgeführte Untersuchungen der LIPI-2 flankierenden Bereiche zeigten, dass diese in L. monocytogenes und auch den apathogenen Arten L. innocua, L. seeligeri und L. welshimeri bemerkenswert konserviert sind. Durch Transkriptionsuntersuchungen mittels RT-PCR wurde die Expression der neu identifizierten Gene analysiert. Hierbei wurden verschiedene Kulturbedingungen untersucht sowie die Transkription nach Infektion mehrerer Zelllinien bestimmt. Bei der Sequenzanalyse wurde für fast alle Internalingene eine PrfA-Box identifiziert und es bestätigte sich in dieser Arbeit, dass die meisten der Internalingene PrfA-abhängig exprimiert werden. Allerdings wiesen die einzelnen Gene kein einheitliches Transkriptionsprofil unter verschiedenen in vitro-Bedingungen auf. Eine Analyse der Genexpression nach Infektion verschiedener Zelllinien zeigte schließlich, dass die Internalingene während einer Infektion differentiell transkribiert werden und möglicherweise am Infektionsgeschehen beteiligt sind. Das Expressionsmuster der zu LIPI-2 benachbarten Open Reading Frames bestätigte, dass diese Gene PrfA-unabhängig und unter verschiedenen Bedingungen konstitutiv exprimiert werden. Das Expressionsmuster dieser Gene läßt den Schluss zu, dass sie vermutlich nicht zur Virulenz von L. ivanovii beitragen. Die Untersuchung der Virulenzclustergene in LIPI-1 schließlich zeigte eine deutliche PrfA-Abhängigkeit der Genexpression. Es konnte bestätigt werden, dass deren Transkription unter PrfA-induzierenden Bedingungen verstärkt wird. Zudem fand sich auch nach Infektion eine deutliche Expression dieser Gene.show moreshow less
  • Among the six species of Listeria only two are pathogenic. Whereas L. monocytogenes is pathogenic for men and animals, L. ivanovii only causes Listeriosis in animals. Both pathogenic species possess a virulence gene cluster, which is also designated as pathogenicity island LIPI-1. Pathogenicity islands (PAIs) are widespread among gram-negative bacteria, but so far have rarely been described for gram-positive pathogens. In L. ivanovii, an additional virulence-associated unstable part of the chromosome has recently been discovered, parts of whichAmong the six species of Listeria only two are pathogenic. Whereas L. monocytogenes is pathogenic for men and animals, L. ivanovii only causes Listeriosis in animals. Both pathogenic species possess a virulence gene cluster, which is also designated as pathogenicity island LIPI-1. Pathogenicity islands (PAIs) are widespread among gram-negative bacteria, but so far have rarely been described for gram-positive pathogens. In L. ivanovii, an additional virulence-associated unstable part of the chromosome has recently been discovered, parts of which have some characteristics of a pathogenicity island. Starting from a spontaneous but reproducible deletion event of a big part of the genome which carries some known virulence associated genes (i-inlE, i-inlF, smcL), the complete deleted area plus flanking regions were analyzed in co-operation with G. Domínguez-Bernal from the "Universidad Complutense de Madrid". Within this work 13 new open reading frames (ORFs) resp. genes (ydeI, rnaH, norA) on the right side of the smcL gene could be identified in L. ivanovii. Most of them were deleted in the deletion mutant L ivanovii GD-3. Most of the open reading frames show homologies to ORFs also found in the genome sequences of L. monocytogenes and the apathogenic species L. innocua. Own experimental analyses showed, that the genes identified in this work are also present in the apathogenic species L. seeligeri and L. welshimeri. From this it can be concluded that they presumably are not involved in L. ivanovii virulence. G. Domínguez-Bernal discovered several new internalin genes on the left side of the smcL gene. All these genes are specific for L. ivanovii. For i-inlE, i-inlF and smcL it has already been shown that they are virulence associated. This lead to the definition of a new pathogenicity island (LIPI-2) in L. ivanovii, which, in addition to smcL and i-inlFE, comprises all newly found internalin genes. Study of the regions flanking LIPI-2 showed that these are considerably conserved in L. monocytogenes as well as in the apathogenic species L. innocua, L. seeligeri and L. welshimeri. By means of RT-PCR the expression of the new identified genes was analyzed. For this, different culture conditions and transcription after infection of several cell lines were examined. By sequence analysis, a PrfA-box has been identified in front of almost all internalin genes. This work confirmed, that the expression of most internalin genes is PrfA-dependent. However, the transcription pattern was not uniform under different in vitro conditions. Finally, the analysis of gene expression after infection of several cell lines showed, that the internalin genes are transcribed differentially during infection. From this it can be concluded that they may have a role in the infection process. The expression pattern of the open reading frames flanking LIPI-2 confirmed, that these genes are transcribed PrfA independently and constitutively in vitro. This suggests that they do not contribute to virulence of L. ivanovii. Examination of the virulence cluster genes finally showed, that there is a strong PrfA dependency in gene expression. It could be confirmed, that the transcription of these genes is increased under PrfA inducing conditions. In addition, after infection also a strong expression could be detected.show moreshow less

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Metadaten
Author: Stefanie Altrock
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-3303
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2002/05/22
Language:German
Year of Completion:2002
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Listeria ivanovii; Virulenz; Molekulargenetik
Tag:Genexpression; Internaline; LIPI-2; Listeria; Listeria ivanovii; Pathogenitätsinsel; norA; rnaH; ydeI
LIPI-2; Listeria; Listeria ivanovii; gene expression; internalins; norA; pathogenicity island; rnaH; ydeI
Release Date:2002/10/01
Advisor:Prof. Dr. Jürgen Kreft