Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden

Hinse D (2012)
Bielefeld: Universität Bielefeld.

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Bielefeld Dissertation | German
Author
Supervisor
Knabbe, Cornelius
Abstract
Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus ist ein fakultativ pathogenes Bakterium, das schwerwiegende Erkrankungen wie die infektiöse Endokarditis, Meningitis und Sepsis in Mensch und Tier verursachen kann. Der Organismus wird im humanen Gastrointestinaltrakt als putativer Kommensale nachgewiesen, zeigt jedoch eine starke Assoziation mit kolorektalen Karzinomen. Unklar ist, ob eine Transmission zwischen Mensch und Tier möglich ist und inwiefern Tierpopulationen ein Reservoir für dieses Pathogen darstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst alle in einer Streptokokken-Stammsammlung vorhandenen Isolate tierischer und humaner Herkunft, mittels sodA DNA-Sequenzierung und MALDI-TOF-MS, identifiziert. Die erhaltenen Daten zeigten eine ausgezeichnete Korrelation und wurden für eine phylogenetische Analyse der Stämme verwendet. Die bestehende Taxonomie wurde bestätigt und es konnten 18 Stämme aus verschiedenen Stammsammlungen als taxonomisch falsch hinterlegt identifiziert werden. Weiterhin wurde die Voraussetzung geschaffen, um eine zuverlässige und kosteneffiziente Identifizierung des S. bovis / S. equinus Komplexes mittels der in der Routinediagnostik verwendeten MALDI-TOF-MS Methode zu ermöglichen. Ferner wurde in dieser Arbeit das Genom eines hochvirulenten humanen S. gallolyticus subsp. gallolyticus Isolats sequenziert und analysiert. Es wurden entscheidende, für die bakterielle Pathogenität verantwortliche, Virulenzfaktoren identifiziert und in silico mit anderen S. gallolyticus subsp. gallolyticus Genomen verglichen. Darunter befinden sich putative Hämolysine, Kollagenadhäsine und Pilusproteine, die alle maßgeblich an der Infektionskaskade beteiligt sind. Erstmals konnte das Plasmid pSGG1 beschrieben werden, welches Träger einer Tetracyclinresistenz ist. Diese Informationen tragen zum Verständnis der Pathogenese von S. gallolyticus subsp. gallolyticus bei und dienten als fundamentale Grundlage für weitere durchgeführte Forschungsvorhaben. Ausgehend von den gesammelten Genominformationen wurde in weiteren Arbeiten ein S. gallolyticus subsp. gallolyticus spezifischer Microarray entwickelt. Dieser sogenannte "GalloChip" detektiert 203 für Virulenz- und Antibiotikaresistenzproteine kodierende Gene und wurde erfolgreich für die Charakterisierung des vorhandenen Stammkollektivs eingesetzt. Die ermittelten Daten lassen unter anderem Rückschlüsse auf die Kollagenbindungsfähigkeit und damit die putative Virulenz zu. Erstmalig wurde eine real-time PCR basierte Methode zum Nachweis von S. gallolyticus subsp. gallolyticus in Stuhlproben etabliert und angewendet. Erste Daten weisen auf eine hohe Kolonisierungsrate des humanen Gastrointestinaltraktes hin und unterstreichen den Bedarf einer umfassenden Studie zur Prävalenz von S. gallolyticus subsp. gallolyticus. Durch die Etablierung einer ERIC-PCR, einer rep-PCR und der erstmaligen Entwicklung eines S. gallolyticus subsp. gallolyticus spezifischen MLST-Schemas konnten Stämme in charakteristische Cluster eingeordnet werden. Es wurde gezeigt, dass keine signifikanten wirtsspezifischen Populationen nachweisbar sind. Damit konnte die Grundlage geschaffen werden, um epidemiologische Zusammenhänge zu analysieren und Infektionsketten zu erkennen.

The facultative pathogen Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus is able to cause several serious diseases, including infective endocarditis, meningitis and sepsis in animals and humans. It can be identified as a commensal in humans, but equally has a strong association with colorectal cancer. A transfer from animals to humans is not proven up to now and whether infected animals might be a potential reservoir for this pathogen is still elusive. Within this work the identification of an existing collection of Streptococcus strains with human and animal origin, by use of sodA DNA-sequencing and MALDI-TOF-MS, was performed. The respective data show an excellent correlation and were used for phylogenetic analysis. The current taxonomy was confirmed and, furthermore, 18 strains from different collections were updated because of a previous false taxonomy classification. In addition, the preconditions for reliable and cost-efficient MALDI-TOF-MS routine diagnostic identification for the S. bovis / S. equinus complex were created. Moreover, the genome of a high virulent human S. gallolyticus subsp. gallolyticus isolate was sequenced and analyzed. Important virulence factors for bacterial pathogenicity could be identified, including putative genes coding for hemolysins, collagen-adhesins and pilusproteins, which are known to mediate infection processes. For the first time the presence of the plasmid pSGG1 was shown, carrying genes for tetracycline resistance. These results will lead to a better understanding of the pathogenesis of S. gallolyticus subsp. gallolyticus and provides fundamental information for further projects. Based on acquired genetic data, a S. gallolyticus subsp. gallolyticus specific qualitative microarray has been established. The "GalloChip" is able to detect 203 virulence and antibiotic resistance genes and was used for typing the established strain collection. The obtained data show correlation to collagen binding ability and therefore lead to estimation of putative virulence. A real-time PCR based method for detecting S. gallolyticus subsp. gallolyticus in human feces was established, too. First results of screening experiments present a high prevalence in human gastrointestinal tracts and underline the need for an extensive study of prevalence of S. gallolyticus subsp. gallolyticus. With establishing an ERIC-PCR, a rep-PCR and for the first time a S. gallolyticus subsp. gallolyticus specific MLST-scheme, strains could be characterized and grouped in clusters. No evidence for host- or geographic related specific clustering of strains occurred. The development of these methods provides the basics for analyzing the epidemiological connections and infection chains.
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Hinse D. Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2012.
Hinse, D. (2012). Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden. Bielefeld: Universität Bielefeld.
Hinse, D. (2012). Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden. Bielefeld: Universität Bielefeld.
Hinse, D., 2012. Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden, Bielefeld: Universität Bielefeld.
D. Hinse, Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden, Bielefeld: Universität Bielefeld, 2012.
Hinse, D.: Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden. Universität Bielefeld, Bielefeld (2012).
Hinse, Dennis. Molekulargenetische Charakterisierung von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus : vergleichende Genomanalyse und Evaluation von Stammtypisierungsmethoden. Bielefeld: Universität Bielefeld, 2012.
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