Role of megaplasmids in pathogen emergence: Bacillus cereus

Horizontalen Gentransfers (HGT) ist häufig die Ursache für das Auftreten von neuen pathogen Bakterienstämmen die, auf Grund ihrer verbesserten oder neu gewonnenen Anpassungseigenschaften, neue ökologische Nischen erobern und besiedeln können. In der Bacillus cereus Gruppe, deren Vertreter in sehr vielen verschiedenen ökologischen Nischen zu finden sind, findet man zwei Beispiele für solch einen Gentransfer: Bacillus anthracis, ein gefährliches Humanpathogen und emetische B. cereus, die schwerwiegende Lebensmittelvergiftungen auslösen können. Beide Pathogenen besitzen Megaplasmide, die Toxingene kodieren und beide Vertreter der B. cereus Gruppe sind an spezielle ökologische Nischen angepasst: B. anthracis an den humanen Wirt, emetische B. cereus an bestimmte Lebensmittel.
Unsere Hypothese ist es, dass pCER20, das Megaplasmid, das die Gene für die Produktion des potenten emetischen Toxins Cereulid trägt, eine wichtige Rolle bei dieser Spezialisierung der emetischen Stämme spielt. Es wird eine breite Palette von phänotypischen Assays eingesetzt, die bereits in den Laboren der beiden Projektpartner in Österreich und Frankreich etabliert sind, um die spezifischen Umweltbedingungen herauszufinden und die plasmidkodierten genetischen Faktoren zu identifizieren, welche für die ausgeprägte Anpassungsfähigkeit von emetischen B. cereus an speziellen ökologischen Nischen verantwortlich sind. Da unsere bisherigen Arbeiten darauf hindeuten, dass ein intensiver ‚Cross- Talk’ zwischen dem Plasmid und dem Chromosom emetischen B. cereus existiert, ähnlich dem ‚Plasmid- Chromosom Cross-Talk’ in B. anthracis, werden wir OMIC-Technologien einsetzen, um diesen regulatorische Austausch näher zu untersuchen. Plasmide gehören zu dem sog. ‚Mobilom’ der Bakterien, daher untersuchen wir das Risiko einer Verbreitung des Virulenz-Megaplasmids pCER270 in der B. cereus Gruppe via HGT. Durch Konjugationsexperimente soll aufgeklärt werden, wie durch den Transfer eines Megaplasmids aus einem nichtpathogenen Bakterium ein pathogenes Bakterium werden kann.
Die aus diesen Untersuchungen resultierenden Ergebnisse werden es uns erstmalig ermöglichen ein Gesamtbild dieser Kommunikation zwischen einem genetisch mobilen Element, dem Toxinplasmid, und dem Chromosom in emetischen B. cereus zu zeichnen. Die Ergebnisse dieses Projekt können daher einen wichtigen Beitrag zu dem Verständnis von Mechanismen leisten, die das Auftreten und die Entwicklung von neuen Pathotypen fördern. Durch das Projekt werden neue Erkenntnisse zur Bedeutung von Megaplasmiden und deren Beitrag zu den komplexen regulatorischen Netzwerken in Bakterien gewonnen. Darüber hinaus eröffnet das gewonnen Wissen über die Anpassungsmechanismen emetischen Stämme an Lebensmittel neue Perspektiven zur Entwicklung von Präventionsstrategien in der Lebensmittelindustrie und kann einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit leisten.

FWF Joint Projects

VetCore
Zentrum für Pathobiologie
VetCore

Institut National de la Recherche Agronomique
Funktion: ProjektkoordinationGesamt
Abteilung: Microbial Genetics and Environment, Micalis