Pathogenitätsmarker von Mycoplasma agalactiae

Trotz ihres kleinen Genoms besitzen pathogene Bakterienarten der Gattung Mycoplasma ungewöhnliche biologische Eigenschaften und komplexe Pathogenitätsmarker. Abgesehen von wenigen Ausnahmen, sind die Infektionsbiologie und die Virulenzmechanismen von Mykoplasmen auf dem molekularen und zellulären Level noch wenig erforscht. Dieses Projekt untersucht die molekulargenetische Grundlage der Pathogenität von Mycoplasma agalactiae, eine beim kleinen Wiederkäuer vorkommende Mykoplasmenart, die als Erreger der Kontagiösen Agalaktie der Schafe und Ziegen ökomisch bedeutsame Schäden verursacht, wobei die Pathogenitätsmechanismen dieses Erregers noch weitgehend unverstanden sind. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die für die Infektion relevanten Gene dieses Erregers zu identifizieren. Zu diesem Zweck gelang es in einem Vorprojekt M. agalactiae mittels Transposonmutagenese genetisch zu manipulieren, und der im Zuge dieser Vorstudien hergestellte große Mutantenpool bietet eine gute Ausgangsbasis, um mit einem Cocktail ausgewählter sequenzierter Mutanten dieses Pools im Schaf-Infektionsmodell mögliche Pathogenese-relevante Gene zu identifizieren. Dazu sollen sowohl die Signatur-Sequenz-Mutagenese als auch das Quantitative Target Display (QTD), eine in der molekularen Pathogeneseforschung neuartige Methode die zur Auffindung von die Vitalität bzw. die Fitness eines Pathogens in vivo beeinflussende Gene dienen kann, eingesetzt werden. Um die Funktion dieser Gene und ihre Rolle im Zuge einer Infektion zu bestätigen, werden Untersuchungen zur Komplementation und Rekonstruktion der entsprechenden Mutationen durchgeführt. Darüber hinaus soll der durch die Transposonmutagenese erzielte Attenuierungsgrad am Beispiel einer ausgewählten Mutante in einer zusätzlichen experimentellen Infektionsstudie ermittelt werden. Insgesamt lassen die Ergebnisse der geplanten Untersuchungen nicht nur die Identifikation von bisher noch unbekannten Virulenzfaktoren von M. agalactiae erwarten, sondern es wird damit auch die Grundlage für weiterführende Studien gelegt, die sowohl die derzeitigen Grundlagenkenntnisse über die Infektionsbiologie und Pathogenitätsmechanismen von Mykoplasmen entscheidend erweitern als auch mit wertvollen neuen Entwicklungsansätzen langfristig zur Kontrolle und zur Prävention der durch M. agalactiae verursachten Krankheitsbilder beitragen könnten. Des weiteren ist nicht auszuschließen, dass sich die QTD- Technologie im Rahmen der molekularen Pathogeneseforschung an Mykoplasmen und an anderen pathogenen Bakterien zu einer universell einsetzbaren Methode mit dem Ziel der Funktionsanalyse bisher unbekannter aber potentiell Pathogenese-relevanter Gene weiterentwickeln könnte.

Trotz ihres kleinen Genoms besitzen pathogene Bakterienarten der Gattung Mycoplasma ungewöhnliche biologische Eigenschaften und komplexe Pathogenitätsmarker. Abgesehen von wenigen Ausnahmen, sind die Infektionsbiologie und die Virulenzmechanismen von Mykoplasmen auf dem molekularen und zellulären Level noch wenig erforscht. Dieses Projekt untersucht die molekulargenetische Grundlage der Pathogenität von Mycoplasma agalactiae, eine beim kleinen Wiederkäuer vorkommende Mykoplasmenart, die als Erreger der Kontagiösen Agalaktie der Schafe und Ziegen ökomisch bedeutsame Schäden verursacht, wobei die Pathogenitätsmechanismen dieses Erregers noch weitgehend unverstanden sind. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die für die Infektion relevanten Gene dieses Erregers zu identifizieren. Zu diesem Zweck gelang es in einem Vorprojekt M. agalactiae mittels Transposonmutagenese genetisch zu manipulieren, und der im Zuge dieser Vorstudien hergestellte große Mutantenpool bietet eine gute Ausgangsbasis, um mit einem Cocktail ausgewählter sequenzierter Mutanten dieses Pools im Schaf-Infektionsmodell mögliche Pathogenese-relevante Gene zu identifizieren. Die Identifikation von Genen, die wichtig für die Pathogenität von M. agalactiae sind, könnte auch als wichtige Referenz bei der Erforschung der Infektions- und Virulenzmechanismen von anderen wichtigen Erregern in Wiederkäuern dienen. In diesem Zusammenhang wurde ein Pool aus mehreren Mutanten aus Transposonmutagenese in einem in einer intermammariaren Schafinfektionsstudie eingesetzt und mehrere Gene identifiziert, die für die Infektion durch M. agalactiae benötigt werden. Die entsprechenden Mutanten wurden dann mithilfe verschiedener in vitro assays untersucht und die vielversprechendsten in einer zweiten Infektionsstudie eingesetzt, um zu beobachten, wie stark die jeweiligen Mutanten in ihrer Fähigkeit zur Infektion des Wirts eingeschränkt waren. Es wurden etliche Gene identifiziert, die wesentlich an der Kolonisierung der lokalen Infektionsstelle (Euter) beteiligt sind, zudem einige Gene, die für die Ausbreitung in weiter entfernte Nischen im Wirtsorganismus maßgeblich sind. Weiters konnte erstmals die Fähigkeit von M. agalactiae, in Zellen des Wirts einzudringen, in vitro gezeigt werden. Durch einen Tierversuch an Schafen wurde nach der Infektion durch den Milchkanal gezeigt, dass sich M. agalactiae auch in weiter entfernte Organe und Körperbereiche des Wirts ausbreiten kann, wobei man die Fähigkeit zur Invasion von Wirtszellen als mögliche Überlebensstrategie und zur Aufrechterhaltung der Infektion vermuten kann. Klonierungs- und Komplementationsstudien zeigen klar die Rolle von Genen wie pdhB in der Zellinvasion. Zusammengefasst bieten die Resultate neue Einsichten in die Infektionsbiologie von M. agalactiae, was sich entscheidend für die Bekämpfung von M. agalactiae Infektionen und deren wirtschaftliche Auswirkungen herausstellen kann.