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Environmental chlamydiae as new emerging pathogens

characterization of two putative TTSS substrates and serological analyses of environmental chlamydiae

Irina Kolarov

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Matthias Horn

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DOI

10.25365/thesis.29859

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30438.85751.559169-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Umweltchlamydien sind eine Gruppe innerhalb der Ordnung Chlamydiales, die nahe Verwandtschaftsverhältnisse zu den pathogenen Chlamydien zeigt. Ein wichtiger Vertreter dieser Gruppe ist Protochlamydia amoebophila UWE25, ein Endosymbiont in Amoeben. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei unbekannte Proteine vom Protochlamydia amoebophila untersucht, Pc0373 und Pc0374, von denen bekannt ist, dass sie Homologien zu Substraten des Typ III Sekretionssystems (TTSS) pathogener Chlamydien aufweisen. Bioinformatische Analysen ergaben, dass diese Proteine löslich sind, was die Hypothese unterstützt, sie könnten über das TTSS sekretiert werden und als Effektorproteine in der Amoeben-Wirtszelle wirken. Darüber hinaus wurden mehrere Strukturmotive für diese Proteine errechnet, was ein Hinweis auf mögliche Protein-Protein-Interaktionen ist. Es konnte zudem gezeigt werden, dass die Proteine vom Endosymbionten Protochlamydia amoebophila transkribiert werden, während sich dieser intrazellulär im Amoebenwirt befindet. Die Gene, die für die zwei genannten Proteine codieren, wurden kloniert und heterolog überexprimiert, gefolgt von einer genaueren Analyse der Proteinfraktion. Die überexprimierten Proteine wurden anschließend zwecks Herstellung spezifischer Antikörper aufgereinigt. Die Blutsera, die nach Immunisierung von Hasen und Meerschweinchen gewonnen wurden, dienten zur weiteren Analyse mittels Immunfluoreszenz-Verfahren. Im Amoebenwirt, der den Endosymbionten beherbergte, zeigte das Protein Pc0374 ringförmige Fluoreszenzsignale rund um die Bakterienzellen. Es ist anzunehmen, dass das Protein aufgrund der erwarteten Hydrophilie eher in der bakteriellen Inklusion lokalisiert ist, als in der Bakterien- oder Inklusionsmembran. Für das Protein Pc0373 konnte gezeigt werden, dass es in den Zellkern des Amoebenwirtes transloziert wird, was die Vermutung nahelegt, dieses Protein ist tatsächlich ein Substrat des TTSS. An seinem Bestimmungsort - den Wirtszellkern - angelangt, könnte das Chlamydien-Protein verschiedene Zellprozesse des Wirtes beeinflussen, darunter auch die Genexpression. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Optimierung eines Standard-Mikroimmunfluoreszenz-Verfahrens, mit dem Ziel, Antikörper gegen verschiedene Spezies von Umweltchlamydien zu detektieren. Da mehrere Hinweise vorliegen, dass auch Umweltchlamydien pathogenes Potential besitzen und Humanzellen infizieren können, wurden Blutsera verschiedener Personen auf die Anwesenheit von Antiköpern getestet, die spezifisch für die untersuchten Umweltchlamydien sind. Hierfür wurde das optimierte Mikroimmunfluoreszenz-Verfahren für Elementarkörperchen (die infektiöse Form im Lebenszyklus der Chlamydien) dreier verschiedener Umweltchlamydien und Blutsera zufällig ausgewählter Patienten angewandt. Da für diese Patienten keine bestehende oder zurückliegende Chlamydien-Infektion bekannt war, zeigten sich erwartungsgemäß nur gering erhöhte Antikörper-Titer. Im Gegensatz dazu zeigten die Blutsera von Personen aus der Umweltchlamydien-Gruppe unseres Departments eine klare Korrelation zwischen dem Expositionsgrad der einzelnen Labormitglieder zu den Umweltchlamydien und den Titern ihrer Blutsera. Dies lässt den Schluss zu, dass Umweltchlamydien eine Immunantwort im menschlichen Organismus in Gang setzen können.

Abstract

(Englisch)

Environmental chlamydiae are a group among the order Chlamydiales, which is closely related to the pathogenic chlamydiae. One important member of this group is the amoebal endosymbiont Protochlamydia amoebophila UWE25. In this study, two unknown proteins of Protochlamydia amoebophila were analysed - Pc0373 and Pc0374 - which were found to be homologous to Type III secretion system (TTSS) substrates of pathogenic chlamydiae. Bioinformatic analyses showed that the proteins are soluble, which is in favour of the hypothesis that these proteins might be secreted by the TTSS and act as effectors within the amoebal host cell. Apart from that, several motifs were predicted for these proteins, indicating that they might be involved in protein-protein interactions. It could be confirmed that the proteins were transcribed by the Protochlamydia amoebophila-endosymbiont residing within its amoebal host cells. Cloning of the open reading frames encoding these proteins and heterologous protein overexpression were performed followed by analysis of the protein fraction. Heterologous protein expression could be shown for both proteins, which were further purified and used for antibody generation. Immunofluorescence analyses with sera obtained after immunisation of guinea pigs and rabbits with the purified proteins were performed on amoebal cells harbouring Protochlamydia amoebophila. Pc0374 was shown to form ring-shaped fluorescence signals around the bacterial cells and the protein is most probably localized in the inclusion rather than in the bacterial or the inclusion membrane due to its predicted solubility. The other protein, Pc0373 was shown to be translocated into the nucleus of the amoebal host. This observation suggests that Pc0373 is indeed a TTSS substrate and is targeted to the host’s nucleus where it could manipulate different cellular processes of the host, including gene expression. Another part of this work was the optimization of a standard microimmunofluorescence protocol in order to detect antibodies against three different species of environmental chlamydiae. As there are several indications that environmental chlamydiae have pathogenic potential and might be able to infect humans, blood sera from different persons were checked for the presence of antibodies against environmental chlamydiae. Microimmunofluorescence using elementary bodies of three different environmental chlamydiae with blood sera obtained from randomly chosen patients, for whom no former chlamydial infection was reported, showed only marginally elevated antibody titres. On the other hand, screening of blood sera obtained from members of the environmental chlamydiae group of our laboratory showed a clear correlation between degree of exposure to the infectious elementary bodies of these organisms and titre levels of the respective person. This clearly shows that environmental chlamydiae are able to trigger an immune response in humans.

Autor*innen

Irina Kolarov

Haupttitel (Englisch)

Environmental chlamydiae as new emerging pathogens

Hauptuntertitel (Englisch)

characterization of two putative TTSS substrates and serological analyses of environmental chlamydiae

Paralleltitel (Deutsch)

Umweltchlamydien als neu aufkommende Pathogene

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

IV, 116 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Matthias Horn

Klassifikationen

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges

AC Nummer

AC11075849

Utheses ID

26626

Studienkennzahl

UA | 444 | | |

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Schlagwörter