Funktionelle Charakterisierung und pathogenetische Bedeutung einer Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis-spezifischen 38kb großen DNA Region
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) verursacht die Paratuberkulose, eine weltweit verbreitete, chronische und unheilbare Enteritis der Wiederkäuer. Eine Beteiligung von MAP an der Morbus Crohn Erkrankung des Menschen wird seit langem diskutiert. Im Gegensatz zu anderen pathogenen Mykobakterien hat MAP eine eingeschränkte Eisenaufnahmefähigkeit, da es das eisenbindende Siderophor Mycobactin nicht synthetisieren kann, besitzt einen starken Darmtropismus und verursacht keine Gewebeeinschmelzungen. Die molekularen Grundlagen für diese Unterschiede sind bisher weitgehend ungeklärt. Das MAP Genom weist allerdings einige spezifische Elemente auf, die die oben genannten Unterschiede auch in Bezug auf die Pathogenese von MAP erklären könnten. Im Mittelpunkt der Arbeiten stand eine 38kb große MAP spezifische Pathogenitätsinsel, die - basierend auf Homologievergleichen - für drei MAP-spezifische Eisenaufnahme-assoziierte Systeme kodieren und zur Kompensation der eingeschränkten Eisenaufnahmefähigkeit beitragen könnte. Im Projekt sollten die transkriptionelle Organisation dieser Insel, ihre Regulation durch den Transkriptionsfaktor FurA und ihre Proteine hinsichtlich ihrer Lokalisation in der Bakterienzelle sowie deren Bedeutung für die Virulenz von MAP untersucht werden. Im Mittelpunkt der Arbeiten lag ein zentrales Operon der Insel, das mptABCDEF Operon, von dem bekannt war, das eines seiner Gene (mptD) im Rind exprimiert wird. Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass Patienten mit Typ I Diabetes mellitus und multipler Sklerose Antikörper gegen dieses Protein aufweisen, was auf eine mögliche Rolle von MAP bei humanen Autoimmunerkrankungen hinweist. Durch die Charakterisierung einer MAP MptD-Mutante konnte im Verlauf der Projektarbeiten gezeigt werden, dass MptD eine besondere Rolle für den Metabolismus von MAP hat. MptD scheint wichtig für die Anpassung des Erregers an das Mileu im Wirt und sichert das Überleben im Makrophagen und in der Maus. Überraschend war, dass das mptABCDEF Operon zwar Metall-abhängig, aber nicht wie erwartet durch den Eisen-abhängigen Transkriptionsfaktor FurA reguliert wird. Die Arbeiten mit einer im Projekt hergestellten FurA-Mutante von MAP zeigten zudem, dass FurA wichtig für das Überleben in der Maus ist. Die Rolle von FurA scheint weniger in der Regulation des Eisenhaushaltes als in der Regulation des Metabolismus bei Zellstress zu liegen. Die genaue Funktion von MptD ist weiterhin unbekannt. Allerdings verdichten sich durch die Projektarbeiten aber die Hinweise das MptD Bestandteil eines Membran-Transporterkomplexes ist. Trotz unterschiedlichster Versuchsansätze war es bislang nicht möglich eine physische Interaktion der Transporterproteine durch funktionelle Analysen in heterologen Expressionsystemen wie E. coli und in Mycobacterium smegmatis darzustellen. Durch die Arbeiten mit den Metall- Chelatoren zeigte sich, dass das mptABCDEF Operon durch Zn2+ reguliert wird. Daher scheint es sehr wahrscheinlich, dass der Membran-Transporterkomplexes zur metabolisch wichtigen Zn2+- Homeostase von MAP beiträgt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Characterization of furA expression in Mycobacterium avium spp. paratuberculosis”, Konferenz der Gesellschaft für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie, (VAAM), Karlsruhe 2011
Meißner T, Meens J, Gerlach G-F, Goethe R
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“Analysis of predicted ECF- and ABC-transporter of Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis" 112th General Meeting of the American Society for Microbiology (ASM), San Francisco, CA 2012
Eckelt E, Meißner M, Goethe R, Meens J
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„Characterization of a predicted ECF-importer of Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis”, Society for General Microbiology, Dublin 2012
Meißner T, Eckelt E, Nerlich A, Gerlach G-F Meen J, Valentin-Weigand P, Goethe R
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„Characterization of mptD deletion mutants reveals a specific role of MptD in the metabolism of Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis”, Konferenz der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft (DVG), Leipzig 2012
Meißner T, Basler T, Jarek M, Gerlach G-F, Nerlich A, Meens J, Goethe R
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„Characterization of predicted Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis transporter proteins“ Jahrestagung der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM), Tübingen 2012
Eckelt E, Meißner M, Goethe R, Meens J
