Microbiological, genomic and cell-biological analyses of Enterococcus faecalis isolates of MLST type ST40

Zischka, Melanie

Enterococcus faecalis (E. faecalis) gehören zur natürlichen Flora des tierischen und menschlichen Verdauungstraktes, werden aber auch als Probiotika oder als Starterkulturen in der Lebensmittelfermentation eingesetzt. Als opportunistischer Krankheitserreger ist E. faecalis jedoch auch einer der häufigsten Ursachen für nosokomiale Infektionen. Grundlegend geht es in dieser Arbeit um den genomischen Vergleich von 42 eng verwandten E. faecalis Isolaten des am weitesten verbreiteten MLST Sequenztyp ST40. Unsere Sammlung zeichnet sich durch eine breite Diversität aus und umfasst Stämme verschiedener klinischer Herkunft und Besiedlung (Mensch/Tier), die weltweit über einen Zeitraum von fast 50 Jahren gesammelt wurden. Es ist uns gelungen die vollständige Genomsequenz des ST40 Stammes D32 darzustellen, der als Kommensale eines Schweins isoliert wurde und damit die als erstes veröffentlichte vollständige Genomsequenz eines tierischen E. faecalis Isolats repräsentiert. Diese Sequenzinformation nutzten wir dann als Grundlage für detaillierte Genomvergleiche mit den 14 ebenfalls sequenzierten ST40 Isolaten. In diesen genomischen und phylogenetischen Analysen spiegelte sich die enge genetische Verwandtschaft durch ein stark konserviertes Kern-Genom wider. Jedoch offenbarten die Untersuchungen hinsichtlich der vorhandenen mobilen genetischen Elemente (MGE) einen umfangreichen Pool an genomischer Diversität. Darüber hinaus zeigte der Stamm D32 im Vergleich mit dem sehr eng verwandten klinischen ST40 Isolat UW7709 ein stärkeres Adhärenzverhalten und eine höhere Pathogenität in verschiedenen Tiermodellen kombiniert mit einem schnelleren in vivo (nicht in vitro) Wachstum. Bezüglich der Anpassung an ökologische Nischen, weisen diese Erkenntnisse auf eine maßgebliche Rolle der MGE hin, durch die die Übertragung von virulenz-assoziierten Eigenschaften vermittelt wird und wodurch Isolate der Mikroflora als eine mögliche Quelle für nosokomiale Infektionen des Menschen befähigt werden.

Enterococcus faecalis (E. faecalis) is a common colonizer of the animal and human gastrointestinal tracts, also used as a probiotic mixture in health care or as a starter culture in food fermentation. In contrast, E. faecalis is an opportunistic pathogen and one of the leading causes of nosocomial infections. With the focus on niche adaptation, this thesis presents results of the genomic comparison of 42 E. faecalis isolates of the most frequent multilocus sequence type ST40, comprising strains of various clinical origins and colonization (humans/animals), which also originated from different countries and isolated over a period of nearly 50 years. We resolved the complete genome sequence of a porcine commensal ST40 strain D32, which represents the first complete genome sequence of an animal E. faecalis isolate. It was further used as a template for detailed comparisons to high-quality draft genomes of 14 related ST40 isolates. By reflecting the close relationship, genomic and phylogenetic analyses suggest a high level of similarity regarding the core genome. Further analyses of mobile genetic elements (MGE) revealed a large pool for genomic diversity. When comparing the isolate D32 with a closely related clinical ST40 isolate UW7709, different cell-biological and animal experiments revealed that the strain D32 generally shows a greater capacity of adherence and an increased pathogenic potential in combination with an even faster growth in vivo (not in vitro). In general, these findings emphasized the crucial role of MGEs in niche adaptation by transferring virulence-associated features, which enable isolates of the commensal microflora to be a potential source of infections in humans.

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Zischka, Melanie: Microbiological, genomic and cell-biological analyses of Enterococcus faecalis isolates of MLST type ST40. 2013.

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