Phylogenetische Untersuchungen und vergleichende Genomanalysen innerhalb der Familie Leptotrichiaceae unter besonderer Berücksichtigung von Streptobacillus moniliformis, dem Erreger des Rattenbissfiebers

Abstract

Streptobacillus (S.) moniliformis ist einer der beiden ätiologischen Erreger der Zoonose Rattenbissfieber. Die Gattung beinhaltete fast 90 Jahre lang nur diese eine Spezies, erst 2014 wurde mit S. hongkongensis ein zweiter Vertreter beschrieben. Obwohl Rattenbissfieber weltweit auftritt, die Infektion lebensbedrohliche Komplikationen hervorrufen kann und die Kolonisierungsrate wilder Ratten bei über 90% liegen kann, gilt die Infektion als unter-diagnostiziert. Die Ursachen liegen vor allem in der schwierigen Anzucht des Erregers, den anfangs bisweilen unspezifischen Krankheitssymptomen, einer hohen Empfindlichkeit des Erregers gegenüber antimikrobiellen Substanzen und einer selbst unter medizinischem Fachpersonal mangelnden Kenntnis dieser Infektionskrankheit. Die Grundlage für die Untersuchungen dieser Arbeit bildete ein atypisches Isolat aus einer Katze, welches erste Zweifel an der monotypischen Stellung von S. moniliformis aufkommen ließ. Die in der Folge durchgeführten Untersuchungen führten letztlich zum Aufbau einer Stammsammlung und zur Neubeschreibung von S. felis. Unter den weltweit akquirierten Isolaten fanden sich weitere Kandidaten für neue Erreger, sodass die Gattung Streptobacillus mit den gleichfalls neu beschriebenen S. notomytis und S. ratti mittlerweile fünf Spezies beinhaltet. Zwei weitere Erreger, welche von Meerschweinchen und Lachsen beschrieben und historisch in die Verwandtschaft von S. moniliformis gestellt worden waren, wurden ebenfalls als neue Spezies erkannt. Mit Caviibacter abscessus und Oceanivirga salmonicida wurden diese jedoch in eigenständige neue Gattungen gestellt, wodurch die Familie Leptotrichiaceae nunmehr aus sechs Gattungen besteht. Neben der phylogenetischen Untersuchung fand eine phänotypische und genotypische Charakterisierung sämtlicher, im Rahmen dieser Arbeit gesammelter Stämme und Isolate statt, um einerseits die Diagnostik dieser selten isolierten Mikroorganismen zu optimieren und andererseits erstmals eine phylogenetische und komparative Analyse zu ermöglichen. Mittels next generation sequencing wurden ferner sämtliche Genome der Stämme vollständig sequenziert. Obwohl die phänotypischen Untersuchungen und auch die isolierten Betrachtungen einzelner funktioneller Gene kaum innerartliche Unterschiede zwischen den Isolaten aufdecken konnten, ergaben sich aus der Genomanalyse Hinweise auf deutliche Devianzen und einen geringen Verwandtschaftsgrad zwischen den untersuchten Stämmen. Es fanden sich erstmals zumindest bei einigen der untersuchten Stämme molekulare Hinweise auf putative Virulenz-assoziierte Gene aus den Sub-Kategorien Resistenz gegenüber Antibiotika und toxischen Komponenten sowie Invasion und intrazelluläre Abwehr und ein Typ V-Sekretionssystem, deren Link mit den entsprechenden Phänotypen zukünftig weiter vertieft werden soll. Es gelang ferner mit Hilfe von drei Tandem-Repeat-Loki, ein Kultur-unabhängiges Typisierungsverfahren zu entwickeln, womit Stämme von S. moniliformis speziesspezifisch und mit hohem diskriminatorischem Potential typisiert werden können. Damit lassen sich zukünftig erstmals epidemiologische Daten für diese Spezies generieren und auf diese Weise ein realeres Verständnis zum Auftreten bestimmter Infektionsstämme im Rahmen von Transmissionsketten erzielen. Streptobacillus (S.) moniliformis ist einer der beiden ätiologischen Erreger der Zoonose Rattenbissfieber. Die Gattung beinhaltete fast 90 Jahre lang nur diese eine Spezies, erst 2014 wurde mit S. hongkongensis ein zweiter Vertreter beschrieben. Obwohl Rattenbissfieber weltweit auftritt, die Infektion lebensbedrohliche Komplikationen hervorrufen kann und die Kolonisierungsrate wilder Ratten bei über 90% liegen kann, gilt die Infektion als unter-diagnostiziert. Die Ursachen liegen vor allem in der schwierigen Anzucht des Erregers, den anfangs bisweilen unspezifischen Krankheitssymptomen, einer hohen Empfindlichkeit des Erregers gegenüber antimikrobiellen Substanzen und einer selbst unter medizinischem Fachpersonal mangelnden Kenntnis dieser Infektionskrankheit. Die Grundlage für die Untersuchungen dieser Arbeit bildete ein atypisches Isolat aus einer Katze, welches erste Zweifel an der monotypischen Stellung von S. moniliformis aufkommen ließ. Die in der Folge durchgeführten Untersuchungen führten letztlich zum Aufbau einer Stammsammlung und zur Neubeschreibung von S. felis. Unter den weltweit akquirierten Isolaten fanden sich weitere Kandidaten für neue Erreger, sodass die Gattung Streptobacillus mit den gleichfalls neu beschriebenen S. notomytis und S. ratti mittlerweile fünf Spezies beinhaltet. Zwei weitere Erreger, welche von Meerschweinchen und Lachsen beschrieben und historisch in die Verwandtschaft von S. moniliformis gestellt worden waren, wurden ebenfalls als neue Spezies erkannt. Mit Caviibacter abscessus und Oceanivirga salmonicida wurden diese jedoch in eigenständige neue Gattungen gestellt, wodurch die Familie Leptotrichiaceae nunmehr aus sechs Gattungen besteht. Neben der phylogenetischen Untersuchung fand eine phänotypische und genotypische Charakterisierung sämtlicher, im Rahmen dieser Arbeit gesammelter Stämme und Isolate statt, um einerseits die Diagnostik dieser selten isolierten Mikroorganismen zu optimieren und andererseits erstmals eine phylogenetische und komparative Analyse zu ermöglichen. Mittels next generation sequencing wurden ferner sämtliche Genome der Stämme vollständig sequenziert. Obwohl die phänotypischen Untersuchungen und auch die isolierten Betrachtungen einzelner funktioneller Gene kaum innerartliche Unterschiede zwischen den Isolaten aufdecken konnten, ergaben sich aus der Genomanalyse Hinweise auf deutliche Devianzen und einen geringen Verwandtschaftsgrad zwischen den untersuchten Stämmen. Es fanden sich erstmals zumindest bei einigen der untersuchten Stämme molekulare Hinweise auf putative Virulenz-assoziierte Gene aus den Sub-Kategorien Resistenz gegenüber Antibiotika und toxischen Komponenten sowie Invasion und intrazelluläre Abwehr und ein Typ V-Sekretionssystem, deren Link mit den entsprechenden Phänotypen zukünftig weiter vertieft werden soll. Es gelang ferner mit Hilfe von drei Tandem-Repeat-Loki, ein Kultur-unabhängiges Typisierungsverfahren zu entwickeln, womit Stämme von S. moniliformis speziesspezifisch und mit hohem diskriminatorischem Potential typisiert werden können. Damit lassen sich zukünftig erstmals epidemiologische Daten für diese Spezies generieren und auf diese Weise ein realeres Verständnis zum Auftreten bestimmter Infektionsstämme im Rahmen von Transmissionsketten erzielen.