Allgemeine Mikrobiologie

486 15ProkaryontischeGenetikundMolekularbiologie
Plus15.19 HorizontaleGenübertragung
Fast ein Fünftel der vorhergesagten Proteine von Thermoplasma
acidophilum zeigt größte Ähnlichkeit nicht zu Proteinen
phylogenetischer Nachbarn, sondern zu Proteinen von
Sulfolobus solfataricus. Da die entsprechenden Gene nicht
zufällig im Chromosom verteilt sind, sondern in Gruppen
vorkommen, geht man davon aus, dass wenige Gentransferereignisse
zur Integration von S.-solfataricus-DNA in das
GenomvonT.acidophilumstattgefundenhaben.
Der Vergleich der beiden E.-coli-Stämme K12 und O157:H7
zeigt umgekehrt,dass sich die Genomephylogenetischeng
verwandter Organismen erheblich unterscheiden können.
K12isteinnichtpathogenerStamm,derinvielenLaborsfür
biochemische und molekularbiologische Untersuchungen
benutzt wird und dessen zahlreiche Abkömmlinge für die
Gentechnik unersetzlich sind. O157:H7 dagegen zählt zu
den enterohämorrhagischen E.-coli-Stämmen (EHEC) und ist
einervonvielenhumanpathogenenStämmendieserSpezies.
ErproduziertShiga-ToxineundandereVirulenzfaktoren.Die
Folgen einer Infektion reichen von einer Diarrhö bis zu
schwerwiegenden Krankheitsformen, wie dem hämolytischurämischen
Syndrom (HUS), die vor allem bei Kleinkindern
u.a.durchakutesNierenversagentödlichendenkönnen.Die
Genome von K12(4,63Mb) undO157:H7(5,58Mb) haben
deutlich unterschiedliche Größen. Die zirkulären Chromosomen
beider Stämme besitzen ein gemeinsames Rückgrat
(4,1 Mb) mit sehr ähnlicher Sequenz. Dieses Rückgrat ist
durch viele stammspezifische Sequenzen unterbrochen. Im
pathogenen Stamm O157:H7 handelt es sich dabei um
177 Inseln mit einer Größe von bis zu 88 kb (insgesamt
etwa1,34Mb),indenenbekannteodervermutetePathogenitätsfaktorencodiertsind.ImnichtpathogenenStammK12
sind es 234Inseln (insgesamt etwa 0,53Mb). Bisher ist nur
ein einziger Pathogenitätsfaktor, ein Hämolysin, in K12 bekannt.
Unter normalen Umständen wird das entsprechende
Genjedochnichtexprimiert.Eswirdvermutet,dasshorizontaler
Gentransfer eine wesentliche Rolle für die nach Schätzungen
vor etwa 4,5 Millionen Jahren begonnene, unterschiedliche
Entwicklung der beiden E.-coli-Stämme aus
einem gemeinsamen Vorfahren gespielt hat. Dafür spricht
unteranderemdiegroßeAnzahlvonProphagenundProphagenrelikteninbeidenGenomen(mindestens18in
O157:H7
und 8 in K12). Zwei dieser Prophagen in O157:H7 tragen
dieGenefürdieShiga-Toxine.
taren)vorkommen.EingutuntersuchtesBeispielistauchdieEntstehung
derverschiedenenEscherichia-coli-Stämme,sowieesdieAuswertungder
Genomsequenzennahelegt(Plus15.19).
15.11 Postgenomik
VieleprokaryontischeGenomsequenzensindmittlerweilebekanntund
öffentlichinDatenbankenverfügbarunddieZahlmitöffentlichenProjektmittelnvollständigoderfastvollständigbestimmterGenomsequenzennimmtrapidezu.WeitereGenomewurdenundwerdeninindustriellenEinrichtungenzurkommerziellenNutzungentschlüsselt.DieDaten
stehenderÖffentlichkeitdannnichtodererstzueinemspäterenZeitpunktzurVerfügung.WelcherNutzenkannausdenDatenprokaryontischerGenomprojektegezogenwerden?
Wir haben bereits weiter oben gesehen, dass durch Vergleiche der
DNA-undabgeleitetenAminosäuresequenzengrundlegendeErkenntnisse
überVerwandtschaftundGentransferprozessegezogenwerdenkönnen.
WeiterhinerlaubtdieAnalysederpostuliertenGenprodukteeinesOrganismusVorhersagenüberStoffwechselwegeundspezielleStoffwechselleistungen
mit biotechnologischem Potenzial. Mögliche Pathogenitätsfaktoren
und damit Angriffspunkte für die antimikrobielle Therapie
können durch vergleichende Genomanalyse pathogener Bakterien und
nahverwandterNichtpathogeneridentifiziertwerden.TrotzdieservielfältigenMöglichkeitenhandeltessichdabeiallerdingsimmerumstatischeBetrachtungen,diekeineAussagenüberdieExpressionvonGenen
inbestimmtenUmweltsituationenzulassen.SolcheUntersuchungenkönnen
aber mit Methoden der Transkriptomik und Proteomik durchgeführtwerden.UnterTranskriptomverstehtmandieGesamtheitaller
Transkripte,diezueinemdefiniertenZeitpunktunduntereinerbestimm-
Aus Fuchs, G. : Allgemeine Mikrobiologie (ISBN 978-313-444608-1) © Georg Thieme Verlag KG 2007
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