Patho-adaptive Mutationen bei Helicobacter pylori

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Backert
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533816968

Ein Markenzeichen des menschlichen Magenbakteriums Helicobacter pylori ist die hohe Variabilität zwischen verschiedenen Stämmen, mit einem hohen Grad an genetischer Homoplasie, d.h. identische Sequenzvariationen in ansonsten diversen Allelvarianten eines Gens. Diese exzessive Homoplasie wird vor allem auf häufige intragene homologe Rekombination in dieser natürlich-kompetenten Bakterienart zurückgeführt. Kürzliche Arbeiten mit unseren Kollaborationspartnern haben jedoch gezeigt, dass konvergente Genevolution durch wiederholte Mutation auch ein Schlüsselfaktor für die Erzeugung von Homoplasie in H. pylori-Genen ist. Konvergente Mutationen an spezifischen Aminosäurepositionen (d.h. strukturelle Hotspot-Mutationen) stellen adaptive Veränderungen als Reaktion auf den Selektionsdruck dar, wie unsere jüngsten Arbeiten zeigen [z.B. für Flagellin versus CagL bei der Immunerkennung durch TLR5 (Pachathundikandi et al. Nature Communications 2019, vol.10:5717) und für mehrere krankheitsassoziierte SNPs in der Protease HtrA (Sharafutdinov et al. Cell Host & Microbe, Revision eingereicht)]. Wir vermuten daher, dass die Mutationskonvergenz signifikant zur Anpassung von H. pylori als Erreger beiträgt. Wir schlagen einen neuartigen Ansatz vor, um konvergente Mutationen von intragener homologer Rekombination durch eine Reihe von mikroevolutiven Tests und in silico-Simulation von DNA-Mutationen zu unterscheiden. Wir werden 1.400 neu verfügbare Genomsequenzen von H. pylori-Stämmen unterschiedlicher geographischer und ethnischer Herkunft analysieren, die von asymptomatischen Individuen und von Patienten mit verschiedenen Krankheitsmanifestationen gewonnen wurden. Genomweite Assoziationsstudien (GWAS), Transkriptionsprofile (RNAseq) und funktionelle Assays werden durchgeführt, um jegliche adaptive Natur von konvergenten und krankheitsassoziierten Mutationen in Genen, die für Proteasen wie HtrA, Adhäsine der äußeren Membran, Sekretionssysteme und andere Virulenzfaktoren kodieren, als Proof-of-Principle-Studie zu validieren. Die vorgeschlagene Studie soll neue Erkenntnisse über die duale Wirkung von Rekombinationen und Mutationen während der positiven Selektion liefern. Diese Studien bilden die Voraussetzung für zukünftige funktionelle Studien von H. pylori-Kandidatengenen und potentiell adaptiven Mutationen, um unser Verständnis der Pathogenese dieses wichtigen bakteriellen Erregers zu erweitern. Darüber hinaus wird der analytische Ansatz, den wir im Lauf dieser vorgeschlagenen Studie entwickeln werden, von grundlegender Bedeutung für die Analyse von patho-adaptiver Evolution in anderen Mikroben sein, wie z.B. Neisserien, Streptokokken etc., die ebenfalls eine exzessive genetische Homoplasie aufweisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen