Evolution mikrobieller Pathogenität: Salmonella Pathogenitätsinsel 2 als Paradigma für horizontalen Gentransfer

Diese Arbeit setzt sich mit den molekularen Mechanismen der
Evolution von Virulenzfaktoren in Salmonella auseinander. Es wurde
ein auf Sequenzvergleichen basierendes Verfahren eingesetzt, um
neue lateral erworbene Elemente zu identifizieren, die
möglicherweise Hinweise auf die Entwicklung von Virulenz und
Wirtsspezifität innerhalb der Gattung Salmonella geben können. Mit
Hilfe genetischer Analysen sollte darüber Aufschluss gewonnen
werden, auf welche Weise diese genetischen Elemente in neue
Wirtsgenome gelangen können. Des Weiteren wurde anhand der
Salmonella Pathogenitätsinsel 2 (SPI2) nach möglichen Vehikeln und
Transfermechanismen für den horizontalen Gentransfer gesucht. Es
wurde analysiert, wie neu erworbene genetische Elemente in das
regulatorische Netzwerk neuer Wirte integriert werden können und ob
es Zusammenhänge zwischen der genetischen Ausstattung mit
Virulenzmodulen und der Wirtsspezifität verschiedener
Salmonella-Serotypen gibt. Dabei wurde festgestellt, dass einzelne
Effektoren des SPI2-Virulons, die zum Teil außerhalb des SPI2-Locus
im Genom kodiert sind, sehr heterogen innerhalb von Salmonella spp.
verteilt sind. Diese Variabilität kann als Hinweis darauf gewertet
werden, dass sich diese Faktoren nicht als ein initialer Komplex in
der „Ur-Salmonella“ manifestiert haben, wie es im Invasions-Virulon
von SPI1 der Fall ist. Vielmehr sind die SPI2-Effektoren vermutlich
in mehreren Schritten im Laufe der Evolution in das Genom von
Salmonella spp. gelangt und möglicherweise auch z.T. wieder
deletiert worden. Die Bedeutung der Verteilung dieser
Effektorproteine für die Virulenz und die Wirtsspezifität von
Salmonella wird auch dadurch offensichtlich, dass S. bongori als
Besiedler kaltblütiger Wirbeltiere keines dieser zum SPI2-Virulon
gehörigen Gene besitzt, die im Zusammenspiel das intrazelluläre
Replizieren innerhalb warmblütiger Wirbeltiere ermöglichen. Das
Kernstück des SPI2-Virulons, das für das intrazelluläre Replizieren
und die systemische Ausbreitung von S. enterica im Wirtsorganismus
verantwortlich ist, konnte erfolgreich transferiert werden. Der
Einbau des SPI2-TTSS im SPI2-negativen System von S. bongori
ermöglichte die heterologe Expression von SPI2-abhängigen Genen und
die Sekretion von SPI2-Effektorproteinen in vitro. Durch die
Etablierung des SifA-Phänotyps und den Nachweis der intrazellulären
Lokalisation von SseF konnte gezeigt werden, dass das transferierte
SPI2-TTSS zur heterologen Translokation von SPI2-Effektorproteinen
aus S. bongori in die eukaryontische Zielzelle in der Lage ist.