PAC-Campy - Horizontaler Gentransfer als Faktor einer erhöhten Fitness

Die steigende Anzahl der offiziell registrierten Humanfälle zeigt die dringende Notwendigkeit, neue Strategien zur Prävention, der Kontrolle und der Behandlung von Campylobacter-Infektionen zu entwickeln. Im Kontext des „One Health Konzeptes“ ist das übergeordnete Zeil des PAC-Campy Konsortiums durch Interventionsstrategien entlang der Geflügelproduktionskette und deren Risikomodellierung die Belastung durch Campylobacter und die humanen Infektionszahlen zu senken. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf der Limitierung der Kolonisierung und der Verbreitung von Campylobacter innerhalb der Tierherden und im Schlachtprozess. Ein integrativer Forschungsansatz wird die Rolle der Umwelt auf die Tenazität und die Überlebensstrategien außerhalb des Wirtes untersuchen. Zahlreiche in vitro Assays und Maus- sowie Huhnmodelle werden entwickelt, um letztendlich Strategien zur Reduktion von Infektionen und/oder postinfektiösen Spätfolgen im Menschen zu entwickeln.

Genetischer Austausch, insbesondere die natürliche Transformation, bei der Bakterien freie DNA aus der Umgebung aufnehmen und sich verändern, kann zu einem hohen adaptiven Potenzial und somit zu einem besseren Überleben von Campylobacter in der Umwelt führen. In einem Screening fielen Campylobacter-Isolate auf, bei denen eine routinemäßige Speziesdifferenzierung mittels quantitativer real-time PCR nicht mehr möglich war. Diese Isolate wurden mittels Ganzgenomsequenzierung analysiert. Dabei stellte sich heraus, dass es sich um Campylobacter coli-Stämme handelte, welche erheblichen Sequenzeintrag von C. jejuni aufwiesen. Bei näherer Analyse wurde festgestellt, dass die Stämme ein gemeinsames Set an Genen mit C. jejuni Sequenzen teilten, deren Genprodukte eine Funktionalität in der Stressantwort haben könnten. Die Ergebnisse haben Einfluss auf die Interpretation der routinemäßig angewendeten Feintypisierungen. Der in dieser Arbeit identifizierte immense Transfer genetischen Materials zwischen verschiedenen Campylobacter Spezies unterstreicht die Notwendigkeit, sich bei der Suche nach Strategien zur Reduktion von Campylobacter auf Geflügelfleisch auch genetische Anpassungsfähigkeit zu berücksichtigen. Nur so kann eine stabile und nachhaltige Keimreduktion auf Schlachtkörpern ermöglichet werden. Da der klassische Ansatz zur Untersuchung von natürlicher Transformation zeit- und arbeitsintensiv ist und zusätzliche Faktoren das Endergebnis beeinflussen können, wurde in der ersten Förderphase auch ein Assay etabliert, bei dem die DNA-Aufnahme mittels Fluoreszenz-gefärbter DNA auf Einzelzellebene visualisiert werden konnte. Putativ stimulierende bzw. inhibierende Faktoren der DNA-Aufnahme konnten so erstmalig direkt und quantitativ überprüft werden. Es zeigte sich, dass ein leicht saurer pH-Wert zu einer deutlich reduzierten Kompetenzentwicklung führte und auch die DNA-Aufnahme vermindert war. Diese Erkenntnisse ergänzen sich mit der in IP5 getesteten Verwendung von organischen Säuren im Tränkewasser zur Reduktion von Campylobacter spp. Kolonisierung. Um den Prozess der DNA-Aufnahme besser verstehen zu können und zukünftig gezieltere Reduktionsstrategien vorschlagen zu können, wurden Mutanten mit potenziellen Defekten in der natürlichen Transformation hergestellt und mit dem in diesem Projekt etablierten Einzelzell-basierten DNA-Aufnahme Assay auf ihre Kompetenzentwicklung getestet. Dabei wurden Gene mittels Antibiotikainsertionskassetten inaktiviert, die eine mögliche Rolle bei dem direkten Transport des DNA Makromoleküls über beide Membranen des Gram-negativen Bakteriums spielen. Es konnten erfolgreich Mutanten hergestellt werden, die keine Aufnahme von markierter DNA über die Außenmembran in das Periplasma von C. jejuni aufwiesen und daher auch nicht mit einem klassischen Selektionsmarker transformierbar waren. Eine Mutante, die ein inaktiviertes Gen für die strukturelle Einheit des inneren Membrantransporters aufwies, zeigte wie erwartet keine reduzierte DNA-Aufnahme in das Periplasma, jedoch war der Weitertransport von DNA nicht möglich und daher keine Transformationsaktivität erkennbar. Die Erkenntnisse sind insofern wertvoll, da sie das Verständnis des genetischen Austausches von Campylobacter spp. erhöhen und mögliche Stufen für eine Inhibition der natürlichen Transformation aufzeigen, die in der Zukunft in Kombination mit der Anwendung von Reduktionsstrategien deren Nachhaltigkeit verbessern können.