Differential gene expression of Piscirickettsia salmonis strains in adaptive response to different culture systems: a strategy to identify possible intracellular survival mechanisms and pathogenicity
P. salmonis ist ein gram-negatives, fakultativ intrazelluläres Bakterium, der Erreger des Salmon Rickettsial Syndroms (SRS), das in den letzten dreißig Jahren große Verluste in der chilenischen Lachsindustrie verursacht hat. Dieses Bakterium wurde erstmals im Jahr 1989 von Bravo und Campos im Kisutsch-Lachs im Süden Chiles identifiziert und zunächst als obligat intrazellulär beschrieben. Erst vor ...
Zusammenfassung (Deutsch)
P. salmonis ist ein gram-negatives, fakultativ intrazelluläres Bakterium, der Erreger des Salmon Rickettsial Syndroms (SRS), das in den letzten dreißig Jahren große Verluste in der chilenischen Lachsindustrie verursacht hat. Dieses Bakterium wurde erstmals im Jahr 1989 von Bravo und Campos im Kisutsch-Lachs im Süden Chiles identifiziert und zunächst als obligat intrazellulär beschrieben. Erst vor ein paar Jahren gelang es, das Bakterium auf einem soliden künstlichen Medium frei von Zellen wachsen zu lassen. Allerdings wurden in vivo aufgrund der intrazellulären Eigenschaft dieses Pathogens mit den bisherigen auf Antibiotika basierenden Kontrollprogrammen keine guten Ergebnisse erzielt, weshalb es unbedingt von Nöten ist, die Informationen zu diesem Krankheitserreger auszuweiten und zu vertiefen. In dieser Arbeit wurde als Gesamtziel angestrebt, das globale Expressionsmuster von P. salmonis auf Transkriptions- als auch Proteomebene zu analysieren, um Gene und Proteine zu identifizieren, die bei der Pathogenizität und Virulenz eine Rolle spielen könnten. Deshalb wurden Gene gesucht die relevant sind i) beim Infektionsprozess der Zelllinie; ii) für das intrazelluläre Überleben; iii) für die Anpassungsfähigkeit dieses Bakteriums an Wachstum in zellfreiem Medium. Diese Strategie umfasste auch vergleichende Transkriptom- und Proteomanalysen eines virulenten P. salmonis Stamms (IBM040) mit dem Referenzstamm (LF89). Zudem wurde LF89 einer vergleichenden Proteomanalyse mit der Methode 2D-DIGE unterzogen, bei dem das Proteom der Bakterien in intrazellulären Bedingungen mit dem der in zellfreiem Medium gewachsenen verglichen wurde. Zum Erreichen dieser Ziele wurde ein flüssiges Medium für optimales Wachstum des Erregers entwickelt. Damit wurde auch gezeigt, dass die Infektiosität der Bakterien für Zelllinien selbst nach vielfachen Passagen in flüssigem, zellfreien Medium nicht geringer wurde. Die Ergebnisse der Vergleichsanalyse der Stämme IBM040 und XIV LF89 zeigten unterschiedliche Expression verschiedener Gene, darunter Komponenten des Typ-IV-Sekretionssystem und der damit verbundenen Virulenzfaktoren purl, AcrAB und AhpC. Desweiteren zeigte die Proteomanalyse von LF89 unter intrazellulären Lebensbedingungen im Vergleich zu dem in zellfreiem Medium gewachsenen, unterschiedliche Expression von globalen Regulatoren der Virulenz wie PNPase und CsrA. Keines der Gene dieser wichtigen Proteine war bisher in diesem Bakterium beschrieben worden, deshalb stellen diese neuen Erkenntnisse wichtige Ergebnisse der Arbeit dar. Damit leistet die Arbeit einen relevanten Beitrag um die Wirkung der Unterschiede der Genexpression auf das intrazelluläre Überleben und Pathogenizität von P. salmonis aufzuklären.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Piscirickettsia salmonis is a gram-negative, facultative intracellular bacterium and is the causative agent salmonid rickettsial septicemia (SRS), which in the last thirty years has caused great losses in the Chilean salmon industry. The disease was described for the first time in 1989 affecting to coho salmon cultured in Chile, initially P. salmonis was described as an obligated intracellular ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Piscirickettsia salmonis is a gram-negative, facultative intracellular bacterium and is the causative agent salmonid rickettsial septicemia (SRS), which in the last thirty years has caused great losses in the Chilean salmon industry. The disease was described for the first time in 1989 affecting to coho salmon cultured in Chile, initially P. salmonis was described as an obligated intracellular pathogen, able to grow only in the host cell cytoplasm, and only a couple of years ago it was demonstrated its ability to grow in solid cell-free media. Due to the intracellular nature of this bacterium, antibiotic- based control programs have been ineffective, which makes necessary an improvement in the quantity and quality of the information about this pathogen. The overall objective of this thesis was to analyze global expression patterns of the bacterium at the transcriptome and proteome level to identify relevant genes and proteins that may be involved in pathogenicity and virulence. To do this, we undertook the search for genes involved in: i) the infection process of the cell line ii) intracellular survival, iii) genes related to the adaptability of this pathogen to growth in cell-free medium. This strategy also includes comparative proteome and transcriptome analysis of a virulent strain (IBM040) with the reference strain (LF89) as well as comparative proteomic analysis (2D-DIGE) of the latter strain, under intracellular living conditions with respect to growth in cell-free medium. To fulfill these objectives it was necessary to develop a liquid medium for the optimal culture of this pathogen, which also allows us to show that the bacteria do not lose their ability to infect the cell line after multiple subcultures in liquid medium. The results obtained in the comparative analysis of LF89 and IBM040 strains showed differential expression of several genes, including components of the type IV secretion system and factors associated with virulence as Purl, AcrAB and AhpC. Meanwhile, proteomic analysis of strain LF-89 under intracellular conditions compared to growth in cell-free medium showed differential expression of global virulence regulators PNPase and CsrA. None of these genes has been described so far for this bacterium, which is an important finding of this thesis. Therefore, this work constitutes a significant contribution to gain insight in mechanism of intracellular survival and pathogenicity revealing underlying differential gene expression of P. salmonis.
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