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In silico Genomanalyse und molekulare Typisierung von Clostridium perfringens

 

bearbeitet am Institut für bakterielle Infektionen und Zoonosen

 

Clostridium (C.) perfringens ist ein bedeutender Krankheitserreger bei Mensch und Tier und weltweit eine der häufigsten Ursachen für lebensmittelbedingte Erkrankungen beim Menschen. Dieses Bakterium kann ein ganzes Arsenal von Toxinen und Enzymen produzieren, durch die es unterschiedliche Krankheiten bei Menschen und Tieren verursacht.

Für die Entwicklung von Bekämpfungsstrategien ist es wichtig zu verstehen, wie sich Krankheitserreger im Laufe der Zeit entwickeln und verändern. Die Dissertation fokussiert daher auf die Untersuchung von Genomsequenzdaten, um die Diversifizierung und evolutionäre Entwicklung dieses wichtigen Krankheitserregers aufzuklären.

Unter Verwendung von Genomsequenzdaten von C.perfringens und durch die Durchführung einer kombinierten Analyse auf Grundlage von evolutionären Merkmalen im Kerngenom (SNPs) und des Verteilungsmusters der akzessorischen Gene kann C. perfringens in (mindestens) drei verschiedene Phylogruppen aufgeteilt werden (Abbildung 1).

Diese Phylogruppen weisen ein unterschiedlich pathogenes Potential auf, das sich auch in ihrer unterschiedlichen genomischen Zusammensetzung widerspiegelt. Zum Beispiel verursacht Phylogruppe I lebensmittelbedingte Erkrankungen beim Menschen und weist genomische Besonderheiten wie Genverluste und eine hohe Zahl mobiler genetischer Elemente auf. Dies führte zu der Annahme, dass Phylogruppe I eine adaptive Evolution an die durch Lebensmittel übertragene Krankheit beim Menschen durchlaufen haben könnte, bei der die Vermehrung von C. perfringens in Lebensmitteln eine besondere Rolle spielt.

Ein weiteres Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines standardisierten Typisierungssystems für C. perfringens auf der Basis von Genomsequenzdaten. Dieses System soll epidemiologische Überwachungsaktivitäten rund um den Globus erleichtern. Daher wurde das in der Dissertation erstellte Schema öffentlich mittels Ridom zugänglich gemacht und kann von verschiedenen Laboratorien abgerufen und verwendet werden, um eine standardisierte und somit von Labor zu Labor vergleichbare Stammcharakterisierung durchführen zu können.

Darstellung der Phylogruppen von Clostridium perfringens basierend auf Core-Genome SNPs, d.h, der Baum wurde anhand des Vergleichs der Summe der Einzelmutationen eines imaginären Gesamtgenoms erstellt. Dieses Genom erfasst nur die Gene, die bei allen untersuchten Isolaten vorkommen. Die Piktogramme symbolisieren welche Wirte von einer C. perfringens bedingten Erkrankung betroffen sein können, bzw. weisen auf die lebensmittelbedingte Erkrankung beim Menschen hin. 

Abb.: M. Abdel-Glil