Transfer der Pathogenitätsinsel HPI von Escherichia coli

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Bei der "High-Pathogenicity Island" (HPI) handelt es sich um eine 35 - 70 kb große Pathogenitätsinsel im Baktehengenom von humanpathogenen Arten der Familie Enterobacteriaceae, insbesondere Escherichia coli und Yersinien. Die HPI kann in drei funktionelle Bereiche unterteilt werden: (1) In einen Kernbereich von ca. 35 kb, der für die Biosynthese, Regulation und den Transport des Siderophors Yersiniabaktin kodiert, (2) in ein Integrationsmodul von 2 kb, das aus Genen und Sequenzen für die Integration und Exzision der HPI besteht und (3) eine akzessorische Region von ca. 36 kb, die Gene für die Mobilisierung und den Transfer der HPI trägt. Genetisch betrachtet kann die bisher größte identifizierte HPI als ein integrative conjugative element (ICE) definiert werden, das kein eigenes Replikon besitzt und sich somit von konjugativen Plasmiden unterscheidet. Folgende Hypothesen für den horizontalen Transfer der HPI sollen untersucht werden: (1.) Die Übertragung der HPI erfolgt schrittweise über spezifische Exzision, Zirkularisierung, konjugativen Transfer bis zur Integration in ein neues Genom. Dabei könnte die HPI nach Exzision und Zirkularisierung direkt übertragen werden oder in ein Plasmid mit geeignetem Insertionsort (attB/asn TRNA) integrieren und als Kointegrat vermehrt werden. Die HPI könnte dann einerseits wieder vom Kointegrat in das Genom reintegrieren, andererseits zusätzlich als Kointegrat in einen Empfängerstamm konjugativ transferiert werden, um in das Genom dieses Rezipienten zu integrieren. (2.) Die HPI wird als Teil größerer genomischer DNA-Regionen "passiv" über rekombinatorische Plasmide übertragen (High frequency recombination/Hfr-Typ). Mit dem beantragten Forschungsprojekt sollen die molekularen Mechanismen der horizontalen HPIAusbreitung sowohl in vitro als auch in vivo im Maustiermodell und Caenorhabditis elegans-Modell untersucht werden. Neben der Übertragung sollen bei den E. coli-Rezipienten die funktionellen Auswirkungen des HPI-Transfers (i) auf bereits vorhandene Eisenaufnahmesysteme, (ii) auf Chorismat-abhänigige Stoffwechselleistungen, und (iii) auf die Expression HPI-fremder Gene analysiert werden. Parallel hierzu soll in vivo die Kolonisierungspotenz der E. coli Rezipienten-Stämme im Maus-Tiermodell untersucht werden. Diese Arbeiten werden einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Übertragung und Evolution von Pathogenitätsmerkmalen extraintestinaler E. coli leisten.