Untersuchungen des Einflusses verschiedener Determinanten auf die Virulenz und Fitness von EHEC O104:H4

• Antragstellerin: Dr. Petya Berger
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276606594

Enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC) können schwere Infektionen beim Menschen verursachen. Diese sind durch blutigen Durchfall charakterisiert und führen üblicherweise in circa 10% der Fälle zum hämolytisch urämischen Syndrom (HUS). Im Jahr 2011 verursachte EHEC O104:H4 den größten Deutschen Ausbruch mit fast 4000 Infizierten von denen 22% das HUS entwickelten. Außer einem chromosomal integrierten Shiga Toxin 2 (Stx2) kodierenden Phagen besitzt EHEC O104:H4 ein pAA Plasmid, das für Aggregative Adhärenz Fimbrien vom Typ I (AAF/I) kodiert. AAF sind ein charakteristischer Virulenzfaktor von enteroaggregativen E. coli, welche eine feste Bindung von Bakerienaggregaten an menschliche Epithelzellen erlauben. Zusätzlich besitzt EHEC O104:H4 ein durch Konjugation übertragbares Plasmid (pESBL), das unter anderem für β-Lactamasen mit erweitertem Substratspektrum kodiert.Wir untersuchen das Transkriptom von EHEC O104:H4 quantitativ und qualitativ, um neue Erkenntnisse über die Virulenz- und Fitnessfaktoren von EHEC O104:H4 zu erlangen. Im ersten Förderzeitraum haben wir mittels differenzieller RNA-seq, der gegenwärtig besten Methode um Transkriptionsstartstellen und nichtkodierende RNAs zu identifizieren die Primärtranskriptome der Plasmide pAA und pESBL qualitativ analysiert. Zusätzlich haben wir durch vergleichende RNA-seq überraschende quantitative Unterschiede in der Expression von konservierten Genen zwischen EHEC O104:H4 und anderen weniger pathogenen oder kommensalen E. coli Stämmen identifiziert. Wir haben die Hypothese aufgestellt, dass das EHEC O104:H4 spezifische Expressionsmuster dieser Gene mit zur Fitness und außergewöhnlichen Virulenz dieses Stammes beitragen könnte. Zum Beispiel sind unter Bedingungen, die den Darm simulieren in EHEC O104:H Gene des zentralen Metabolismus im Vergleich zu allen Kontrollstämmen schwächer exprimiert. Weitere Untersuchungen zeigten, dass ein mit dem Stx2 Phagen von EHEC O104:H4 lysogenisierter E. coli K-12 MG1655 analoge Veränderungen in Transkriptom und Phänotyp aufwies. Deshalb werden wir im zweiten Förderungszeitraum die Funktion des Stx2 Phagen sowohl in Bezug auf das EHEC O104:H4 spezifische globale Genexpressionsmuster, als auch in Bezug auf Virulenz und Fitness näher untersuchen und die zugrundeliegenden phagenkodierten Elemente identifizieren. Darüber hinaus werden wir die biologische Funktion von Genen, die in EHEC O104:H4 im Vergleich zu den Kontrollstämmen stärker exprimiert sind näher untersuchen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse unserer Arbeit dazu beitragen werden, unser Verständnis der Pathogenität von EHEC und die Risikobeurteilung bezüglich neu identifizierter EHEC Hybridstämme deutlich zu verbessern. Schließlich soll die Identifizierung von differentiell regulierten Genen, die mit der Virulenz von EHEC assoziiert sind die phänotypische Charakterisierung von pathogenen Stämmen erleichtert werden und damit auch die Therapie und/oder Prävention der Erkrankung verbessert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Gerald Koudelka, Ph.D.