Transfer der Pathogenitätsinsel HPI von Escherichia coli

• Antragsteller: Professor Dr. Sören Schubert
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5445039

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In der bakteriellen Evolution, insbesondere bei der Entstehung human- und tierpathogener Bakterienstämme spielt der horizontale DNA-Transfer mit Übertragung großer DNA-Abschitte eine herausragende Rolle. Neben Plasmiden und Bakteriophagen sind es genomische DNAInseln, die Virulenzfaktoren kodieren können und zu einer Pathoevolution in Quantensprüngen beitragen. Die Übertragung Genomischer Inseln (Gls), insbesondere von Pathogenitätsinseln ist bislang noch recht unzureichend verstanden. In diesem Projekt haben wir am Beispiel der unter Enterobacteriaceae weit verbreiteten High-Pathogenicity Island (HPI) die Transfermechanismen innerhalb einer Spezies (E. coli) und über die Gattungsgrenzen hinaus (zwischen E. coli und Klebsiella sp.) untersucht und grundlegende Erkenntnisse der strukturellen sowie funktionellen Charakteristika des Transfers Genomischer Inseln gewonnen. Aus den Erkenntnissen des Teilprojektes 1 und 2 ergibt sich ein neues Bild der Ausbreitung Genomischer Inseln innerhalb der Enterobacteriaceae. So können Genomische Inseln (z.B. Pathogenitätsinseln) in Form integrativer-conjugativer Elemente (ICE) über die Gattungsgrenzen übertragen werden, um in einem Rezipientenbakterium in einen hoch konservierten Insertionsort (z.B. tRNA Gen) zu integrieren. Während bei der HPI offenbar die ICE-Formen die Schlüsselelemente für diesen "inter genus-Transfer" darstellen, könnten auch Plasmide, die einen konservierten Insertionsort tragen, als Transportvehikel für nicht konjugative, mobilisierte Genomische Inseln fungieren. In der Rezipientenspezies E. coli angelangt, hat sich die HPI fast ausschliesslich über einen zweiten Transfenweg horizontal verbreitet: Durch die Rekombination sehr großer DNA-Abschnitte nach konjugativem /?fr-Transfer. Unsere Sequenzanalysen der HPI und der flankierenden Genombereiche bei mehr als 400 E. coli lieferten eine verblüffende Erkenntnis: So sind ca. 99% aller HPI in E. coli ganz offenbar auf ein einziges initiales Transferereignis und Integrationsereignis einer ICE-HPl zurück zu führen. Die sich anschließende rasante Verbreitung der funktionellen HPI erfolgte durch konjugativen Transfer mit nachfolgender homologer Rekombination und deutet auf eine besondere Bedeutung als positiver Selektionsfaktor in der Evolution extraintestinal pathogener Escherichia coli hin.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Bettina Preisach Thema: "Charakterisierung einer horizontal transferierten Region im Escherichia coli Stamm ECOR31". Medizinische Doktorarbeit, Medizinische Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München. Dezember 2008.
  
  
• Cirl, C, A. Wieser, M. Yadav, S. Duerr, S. Schubert, H. Fischer, D. Stappert, N. Wantia, N. Rodriguez, H. Wagner, C. Svanborg, and T. Miethke. 2008. Subversion of Toll-like receptor signaling by a unique family of bacterial Toll/interteukin-1 receptor domain-containing proteins. Nature Medicine 14:399-406. (IF 28,59)
  
  
• Feldmann, F., Sorsa, L. J., Hildinger, K., and Schubert, S. 2007. The salmochelin siderophore receptor IroN contributes to invasion of urothelial cells by extraintestinal pathogenic Escherichia coli in vitro. Infect Immun 75:3183-3187.
  
  
• Liisa Johanna Sorsa Thema: "Detection of novel virulence associated genes in uropathogenic Escherichia coli and characterization of flexible UPEC genomes using DNAmicroarrays", Universität Helsinki, Finnland. PhD, Dr. rer. nat.. University of Helsinki, Viikki. April 2007.
  
  
• Schubert, S., P. Darlu, O. Clermont, A. Wieser, G. Magistro, C. Hoffmann, K. Weinert, O. Tenaillon, I. Matic, and E. Denamur. 2009. Role of Intraspecies Recombination in the Spread of Pathogenicity Islands within the Escherichia coli Species. PLoS Pathogens 5(1): el 000257. (Siehe online unter: doi: 10.1371/journal.ppat. 1000257)
  
  
• Schubert, S., P. Darlu, O. Clermont, A. Wieser, G. Magistro, C. Hoffmann, K. Weinert, O. Tenaillon, I. Matic, and E. Denamur. 2009. Role of Intraspecies Recombination in the Spread of Pathogenicity Islands within the Escherichia coli Species. PLoS Pathogens 5(1): el 000257. (Siehe online unter: doi: 10.1371/journal.ppat. 1000257)
  
  
• Sorsa, L. J., Feldmann, F., Hildinger, K., Dutke, S., and Schubert, S. 2007. Characterization of four novel genomic regions of uropathogenic Escherichia coli highly associated with the extraintestinal virulent phenotype: a jigsaw puzzle of genetic modules. IntJ Med Microbiol 297:83-95. (IF 2,76)