Characterization of E. coli factors involved in the establishment of severe and chronic bovine mastitis
Final Report Abstract
Das Ziel des Projekts war die umfassende Charakterisierung boviner Mastitis E. coli Isolate und die Identifizierung "Mastitis-spezifischer" Gene und ihrer Genprodukte, die an der Infektion der Milchdrüse beteiligt sind. Eine Sammlung von 216 E. coli Isolaten schwerer bzw. subklinischer Mastitiden sowie von 72 Fäkalisolaten eutergesunder Kühe wurde etabliert und durch (Multiplex-) PCR auf die Anwesenheit 78 typischer Virulenz-assoziierter E. coli Gene untersucht. Weiterhin wurden die bovinen E. coli Isolate einer molekular-epidemiologischen Analyse mittels Multi Lokus Sequenztypisierung (MLST) unterzogen. Insgesamt konnten nur sehr wenig Virulenz-assoziierte Gene nachgewiesen werden. Viele Isolate wiesen keine Virulenzgene oder nur einen sehr geringen Virulenzgengehalt auf. Manche dieser Gene werden als Fitnessgene angesehen und kommen auch bei apathogenen E. coli vor. Demnach gibt es kein charakteristisches Set an Virulenzgenen, das für die Fähigkeit zur Etablierung einer Mastitis erforderlich ist. Die molekular-epidemiologische Analyse zeigte zudem, dass die Zugehörigkeit zu bestimmten phylogenetischen Entwicklungslinien ebenfalls keine eindeutige Unterscheidung von bovinen Mastitis- und Fäkalisolate zulässt. Insgesamt waren die phylogenetische Gruppen B2 und D, in denen typischerweise extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) gefunden werden, nur in geringerem Ausmaß bei Mastitisisolaten nachweisbar, was gegen die Hypothese spricht, dass Mastitisisolate viele Eigenschaften von ExPEC aufweisen und typische ExPEC-Infektionsstrategien verwenden. Die Genomsequenzen des E. coli Isolats 1303 (akute bovine Mastitis) sowie des Isolats Ec1470 (subklinische, persistierende bovine Mastitis) wurden ermittelt und mit anderen öffentlich verfügbaren E. coli Genomsequenzen verglichen. Die Genomanalysen führten nicht zur Identifizierung bekannter bedeutender Virulenzdeterminanten pathogener E. coli. Wenn sich Mastitis- und bovine Fäkalisolate nicht in der Anwesenheit eines "Mastitis-spezifischen" Virulenzgenpools unterscheiden, könnte das unterschiedliche Potential, eine Infektion der Milchdrüse auszulösen, auf einer differentiellen Regulation konservierter Gene zurückzuführen sein. Durch Gesamtzellproteomvergleiche ausgewählter Mastitis- und Fäkalisolate mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie ließen sich anhand der dargestellten Proteinmuster verschiedene Gruppen von Isolaten abgrenzen, die sich in der Expression einzelner Proteine unterscheiden. Interessanterweise zeigte der Vergleich von Wachstumskurven in Milchserum, dass sich manche Fäkalisolate hinsichtlich ihres Wachstums von Mastitisisolaten unterschieden und schlechtere Wachstumseigenschaften als Mastitisisolate aufwiesen. Somit könnte das unterschiedliche Wachstumsvermögen einiger boviner Fäkalisolate in Milch ein Faktor sein, der zu einem erhöhten Potential beiträgt, erfolgreich die Milchdrüse kolonisieren zu können. Die Identifizierung von daran beteiligten bakteriellen Faktoren dauert noch an.
Publications
- (2011) The lipopolysaccharide of the mastitis isolate Escherichia coli strain 1303 comprises a novel O-antigen and the rare K-12 core type. Microbiology 157:1750-1760
Duda, K.A., Lindner, B., Brade, H., Leimbach, A., Brzuszkiewicz, E., Dobrindt, U. Holst, O.
