Untersuchungen zur Phylogenese von Shigatoxin-bildenden Escherichia Coli der Serogruppe 0118

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2001

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-10621

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In der vorliegenden Arbeit wurden 89 Shigatoxin-bildende Escherichia coli (STEC)-, vier Enterotoxische Escherichia coli (ETEC)- undsieben nicht-STEC/nicht-ETEC-Stämme der Serogruppe O118 phäno- und genotypisch auf den Grad ihrer Verwandtschaft untersucht. Vonden 100 Stämmen waren 29 von Menschen, 65 von Rindern, fünf von Schweinen und ein Isolat von einer Ziege isoliert worden. AlleStämme wurden serotypisiert und mittels DNS-DNS-Hybridisierung sowie Polymerase-Kettenreaktion (PCR) auf die Virulenzmerkmale stx(Shigatoxin-Allele), eae (Intimin-Gen) und espP (Gen für die Serinprotease EspP) untersucht. Der Nachweis des Hämolysins HlyEHECerfolgte im modifizierten Kulturverfahren unter Verwendung von Waschblutagar. Die genomische DNS der Stämme wurde einerMakrorestriktions-analyse mit den beiden Restriktionsendonukleasen BlnI und XbaI unterzogen. Die Ähnlichkeit der erzeugtenBandenmuster wurde mit Hilfe der 'unweighted pair group method analysis ' (UPGMA) mit arithmetischen Mitteln quantifiziert.Darüberhinaus wurden ausgewählte Stämme mit den Methoden der PCR, der Anzucht in Hitchens-Agar sowie der Elektronenmikroskopieauf das Vorhandensein des Strukturgens für das Geißelschaftprotein fliC bzw. die Expression und Funktion der Bakteriengeißel untersucht. Wie die Untersuchungen ergab, ließen sich die O118-Stämme anhand von ihren H-Antigentypen (9, 12, 16, 30, NM) fünf verschiedenenSerovaren zuordnen. 90,8 % (59/65) aller Rinderstämme verfügten wenigstens über die drei Virulenzmerkmale stx, HlyEHEC und eae. DieKombination aller vier untersuchten Virulenzmerkmale (stx, HlyEHEC, eae und espP) kam aber deutlich häufiger bei den bovinen (54/63;85,7 %) als bei den humanen (16/25; 64,0 %) STEC-Stämmen vor. In den durch Makrorestriktion erzeugten Bandenmustern stimmten dieverschiedenen O118-Stämme zwischen 40 und 100 % überein. Aufgrund der Ähnlichkeit ihrer Makrorestriktionsprofile ließen sich sowohldie Stämme von Tieren als auch die Stämme von Menschen in drei Cluster einteilen (BlnI: AT, BT, CT bzw. AM, BM, CM, XbaI: DT, ET, FTbzw. DM, EM, FM). Diese Gruppierung war weitestgehend deckungsgleich mit der Gruppierung anhand der H-Antigentypen und korrelierte mit demVorhandensein eines stx-Gens, der Wirtsspezies sowie dem Herkunftsland der Stämme. O118-Stämme mit den H-Antigenen 30 und 12bildeten jeweils eine eigene, abgrenzbare Gruppe, besaßen ein Stx-Gen und stammten ausschließlich von Menschen. Eine weitere Gruppeumfaßte alle O118-Stämme mit dem H-Antigen 9. Diese besaßen kein Toxingen und stammten alle von Schweinen. Stämme der SerovareO118:H16 und O118:NM bildeten eine große, genetisch heterogene STEC-Gruppe, innerhalb der der Verwandtschaftsgrad derMakrorestriktionsprofile weder mit dem H-Antigentyp noch der Wirtsspezies (Mensch, Rind, Ziege) oder der geographischen Herkunftkorrelierte. Besonders hervorzuheben war der Fall eines 2-jährigen Jungen in Bayern, der infolge einer Infektion mit einemEHEC-O118:H16-Stamm erkrankt war und der nachweislich Kontakt zu einem gesunden Kalb hatte, bei dem ebenfalls ein O118:H16Stamm isoliert werden konnte. Die beiden Stämme waren in allen getesteten Merkmalen völlig identisch. Bei der näheren Untersuchung von ausgewählten O118:H16- und O118:NM-Stämmen (n= 9) konnte das Gen für das Geißelprotein fliC beiallen Vertretern der beiden Serovare nachgewiesen werden. Ferner waren elektronenmikroskopisch bei all diesen Stämmen Geißelnsichtbar, die im Gegensatz zu denen der Serovare O118:H30 und O118:H12 deutlich kürzer waren. Im Hitchens-Agar waren aber nur dieO118:NM-Stämme unbeweglich. Die Ergebnisse legen den Schluß nahe, daß E.coli mit der O-Antigendeterminante 118 eine heterogene Gruppe genetisch verwandterErreger darstellen. Es lassen sich mindestens drei verschiedene klonale STEC-Linien erkennen, deren divergente Entwicklung mitMutationen in Genen der Geißelbildung und/oder -funktion einherging, wenn sie nicht sogar dadurch mit verursacht wurde. Die Ähnlichkeitder Makrorestriktionsprofile läßt einen gemeinsamen Vorfahren für die Stämme der beiden Serovare O118:H16 und O118:NM in derjüngeren Vergangenheit vermuten. Andererseits spricht die bei diesen Stämmen mangelnde Korrelation zwischen den Makrorestriktionsprofilen und den H-Typen gegen dieThese, daß beide Serovare sich in einem einfachen bidirektional-divergenten Prozeß voneinander fortentwickelt hätten. EineReservoirfunktion des Rindes konnte bislang nur für STEC der Serovare O118:H16 und O118:NM nachgewiesen werden. Die völligeÜbereinstimmung der beiden O118:H16-Isolate von einem Kind und einem Kalb auf demselben Bauernhof läßt auf eineErregerübertragung zwischen dem Kalb und dem Kind schließen und weist auf die besonders große Bedeutung dieses Serovars alsZoonoseerreger hin.

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