Einfluss mobiler genetischer Elemente und horizontaler Gentransfer auf Bakterien/Wirt Adaptation

Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumonia, Moraxella catarrhalis und nicht-typisierbare Haemophilus influenzae (NTHi) Bakterien tragen zu einem Krankheitskomplex bei, der als "Chronisch Obstruktive Pullmonäre Erkankung" (COPD) bezeichnet wird. Laut WHO, entwickelt sich COPD als ein zukünftig lebensbedrohliches Gesundheitsrisiko für Patienten die an Lungenschädigungen oder chronischer Bronchitis leiden. NTHi Bakterien sind kapsellose Gram-negative Bakterien und zeichnen sich durch eine hohe Oberflächenvariabilität und Genomdiversität aus. Diese Bakteriengruppe ist zudem verantwortlich für chronische und akute Entzündungen im oberen respiratorischen Trakt und verursachen im besonderen chronische Formen der Otitis media bei Kleinkindern. Die Heterogenität der Genome von NTHi-Isolaten deutet auf einen variablen genetischen "Intraspezies-Pool" hin. Die Variation differenzieller Expressionsprofile, in Kombination mit der Aufnahme und Verlust genetischer Informationen führen zu Wirts-Invasion, Adaptation und Diversifikation der NTHi Population. Das Projektziel wird sein diese genetischen Variationen zu charakterisieren. Dazu werden wir vorallem die Mechanismen der Genübertragung, deren Spezifität und den Umfang des genetischen Informationsaustausches untersuchen. Diese Studien beinhalten die Charakterisierung von DNA-Aufnahme, die Entwicklung natürlicher Kompetenz, Gentransfer, Beteiligung von OMVs bei der DNA-Transformation und Antigenpräsentation. Die Partner dieses transnationalen Konsortium verpflichten sich zu einer kooperativen und unterstützenden Arbeitsweise und wollen folgende Synergien nützen: (i) gemeinsame Expertise zur Biologie von mobilen genetischen Elementen; (ii) gemeinsame Nützung einer etablierten Sequenzierplattform am Institut Pasteur; (iii) Austausch von in vivo Modellen zum Studium des horizontalen Gentransfers in vivo; (iv) vergleichende Analyse der unterschiedlichen Strategien der Adaptation in der gleichen Nische; (v) Austausch und Erweiterung von genetischen Techniken und technischen Möglichkeiten, welche in deneinzelnen Laboratorien etabliert sind.

Innerhalb des beantragten ERA-NET PathoGenoMic Projektkreises haben wir bei nicht-typisierbaren Haemophilus influenzae (NTHi) die Mechanismen des Horizontalen Gentransfers (HGT), Kompetenzentwicklung, Persistenzverhalten der Kolonisierung im Nasopharynxbereich der Maus und Mechanismen der Serumresistenz charakterisiert. Die innerhalb dieses Projektes erreichten Resultate umfassen ein etabliertes Kolonisierungsmodell, welches zeigt dass HGT im Mausmodell nicht höher aktiv ist als unter Laborbedingungen. Überraschenderweise haben wir dabei gefunden, dass der Übertrag von Kaspelgen-DNA offensichtlich nicht auf NTHi Stämme, sondern nur innerhalb der bekannten 6 Kapseltypen stattfindet. Das bedeutet, dass die evolutive Entwicklung der bekapselten Stämme in einer getrennten Linie von den NTHi stattgefunden haben muss und eine Übertragung von Kapselgene auf NTHi nicht erwarten lässt. Weiterhin zeigen wir die Bedeutung eines Signalsubstrates des Wirtes, L-Laktat, für das Kolonisierungs- und Persistenzverhalten der NTHi Bakterien. In Absprache mit den Kosortiumspartnern haben wir uns vermehrt auf die Mechanismen des HGT konzentriert und haben auch genomweite Sequenzierungen unserer Modellstämme durch das Konsortium durchgeführt. Generell und bedeutend für unsere Gesundheitssystem ist festzuhalten, dass NTHi Stämme als pathogene Erreger beim Menschen chronische Entzündungen des oberen respiratorischen Trakt bewirken und für die Ausbildung der Chronischen Obstruktiven Pneumonalen Erkrankung (COPD) mitverantwortlich sind, welche von der WHO als eine häufige und ernsthaft lebensbedrohliche Erkrankung eingestuft wird, vor allem für Patienten die an chronischer Bronchitis erkrankt sind.