Molekularbiologische Charakterisierung Shiga Toxin 1-konvertierender Bakteriophagen und des phagenkodierten Typ III Effektorproteins NleA4795
Shiga Toxin (Stx)-konvertierende Bakteriophagen besitzen eine konservierte lambdo-ide Genomstruktur, weisen aber ein hohes Maß an genetischer Diversität auf. Aus diesem Grund wurden die bereits vorhandenen Sequenzdaten der Stx1-Phagen CP-1639 des Escherichia coli O111:H- Stammes 1639/77 und BP-4795 des E. coli O84:H4 Stammes 4795/97 vervollständigt und analysiert. Im Gegensatz zu dem induzierbaren Bakteriophagen BP-4795 fehlen CP-1639 einige Gene, die für den lytischen Lebenszyklus eines Bakteriophagen notwendig sind. Daher handelt es sich bei CP-1639 um einen kryptischen Prophagen, der nicht mehr in der Lage ist das Wirtschromosom zu verlassen und intakte Phagenpartikel zu bilden. Die Integra-tionsstellen wurden innerhalb des Gens yehV für BP-4795 und ssrA für CP-1639 bestimmt. In unmittelbarer Umgebung des Integrationsortes von CP-1639 befindet sich ein eigenständiges integratives Element. Dieses besteht aus drei offenen Lese-rahmen unbekannter Herkunft, sowie einem Integrasegen und kann auch ohne Assoziation mit Phagen-DNA auftreten. Phagen können zusätzlich zu ihrem Genom Gene bakteriellen Ursprungs tragen. Diese können unter anderem infolge von Transpositionen oder einer unkorrekten Exzision der Phagen-DNA aus dem Wirtschromosom während des lytischen Lebenszyklus in das betreffende Phagengenom eingebaut werden. Eines solches Gen des Bakteriophagen BP-4795 kodiert das Typ III Effektorprotein NleA4795, dessen Funktionalität nach dem C-terminalen Einbau von neun Codons des Hämagglutinin (HA)-Epitopes des humanen Influenzavirus in die Sequenz des Gens nleA4795 überprüft wurde. Dies erfolgte unter Verwendung der Western Blot Analyse durch die Expression dieses Fusionsproteins in dem Wildtyp-Stamm 4795/97 und in der Deletionsmutante 4795escN des Stammes 4795/97. Die Typ III Sekretionssys-tem (T3SS)-inaktive Mutante 4795escN wurde im Verlauf dieser Arbeit hergestellt. Diese Untersuchungen zeigten ebenfalls, dass zur Sekretion von NleA4795 ein in-taktes T3SS notwendig ist. Weiterhin zeigte die Infektion einer HeLa-Zelllinie mit NleA4795-HA exprimierenden Bakterienstämmen und die anschließende Analyse mit Hilfe der Immunfluoreszenz, die Translokation des Proteins in eukaryotische Wirts-zellen. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse dieser Untersuchung auf eine Lokali-sation von NleA4795-HA innerhalb des Trans-Golgi Netzwerkes hin. Die Verbreitung des Gens nleA wurde in insgesamt 170 Shiga Toxin-produzierenden E. coli und enteropathogenen E. coli Stämmen untersucht. Dies führte zur Identifika-tion von 14 verschiedenen Varianten des Gens nleA in 149 der überprüften Stämme, wobei mit Ausnahme von zwei Isolaten ebenfalls ein Markergen des T3SS nachge-wiesen werden konnte. Neben drei bereits bekannten Varianten konnten elf neue Varianten identifiziert werden, deren abgeleitete Aminosäuresequenzen sich zu 71% bis 96% glichen. Sequenzunterschiede traten insbesondere aufgrund der Deletion oder Insertion von vier bis 51 Aminosäuren im Mittelteil der potentiellen Proteine auf. Weiterhin deuten die Ergebnisse dieser Untersuchungen eine Assoziation bestimm-ter Varianten des Gens nleA mit spezifischen E. coli Serogruppen an. Southern-Blot Hybridisierungen zeigten, dass etwa ein Viertel der nleA-positiven Stämme zwei Ko-pien dieses Gens in ihrem Genom tragen. Hierbei handelt es sich meist um zwei verschiedene Varianten. In fast allen Fällen kodiert eine dieser Varianten, aufgrund einer Punktmutation oder Insertion eines IS-Elementes, ein verkürztes und vermut-lich nicht funktionelles Protein. Mit Hilfe von Transduktionsexperimenten konnten verschiedene Varianten des Gens nleA im Genom induzierbarer Phagen nachge-wiesen werden, was auf eine Verbreitung des Gens nleA durch den horizontalen Gentransfer hinweist.
EHEC, Shiga Toxin-konvertierende Bakteriophagen, Typ III Effektorproteine, NleA, Shiga toxin-converting bacteriophages, type III effectorprotein
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