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Unlinking host dependence
characterization of the intracellular Acanthamoeba endosymbiont Procabacter acanthamoebae
Stephan Köstlbacher
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ökologie
Betreuer*in
Matthias Horn
DOI
10.25365/thesis.37582
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29944.41066.923662-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Freilebende Amöben wurden in der Literatur als evolutionäre “Trainingsgelände”" für intrazelluläre bakterielle Pathogene beschrieben. Sie sind bekannte Umwelreservoirs für Humanpathogene wie Legionella pneumophila, Mycobacterium spp. und Bacillus anthracis. Zusätzlich können sie auch obligate intrazelluläre Ogranismen beherbergen. Procabacter acanthamoebae UWC12 ist ein obligater intrazytoplasmatischer Endosymbiont in der Gattung Acanthamoeba und fällt in die Klasse der Betaproteobakterien. Im Vergleich zu den reduzierten Genomen vieler anderer Endosymbionten ist das Genom mit 2,45 Megabasen verhältnismäßig groß und enkodiert kaum reduzierte Stof- fwechselwege. Untersuchungen des Infektionszyklus zeigen einen monophasischen Lebenszyklus mit einer niedrigen Infektiösität im natürlichen Wirt Acanthamoeba sp. UWC12. P. acanthamoebae beeinflusst die Populationsverdopplungszeit des Wirtes negativ, wenn auch in schwachem Ausmaß und Wirtszellen scheinen zu keinem Zeitpunkt der Infektion zu lysieren. Die Bandbreite infizierbarer Wirtsgruppen scheint sich auf phagozytisch aktive Zellen zu beschränken, da der Endosymbiont die makrophagenähnliche insektoide (S2) und humane (THP-1) Zelllinie infizieren kann, jedoch nicht humane HeLa Zellen. Eine schnelle Verbreitung der Endosymbionten und eine hohe Lysierungsrate der Wirtszellen in der S2 Zelllinie wurden beobachtet. Überraschenderweise konnte begrenztes Wachstum von extrazellulären P. acanthamoebae in Schneider Medium festgestellt werden. Um in diesem Medium einen Sauerstoffgradienten einzustellen, wurde eine geringe Konzentration an Agar zugesetzt. Mit diesem Ansatz konnte Wachstum vor allem in der mikroaeroben Zone beobachtet werden. Ein qPCR Assay wurde etabliert, der spezifisch für das 16S rRNA Gen von P. acanthamoe- bae ist. Unter mikroaeroben Bedingungen konnte Wachstum in flüssigem SM nachgewiesen werden. Interessanterweise wurde unter atmosphärischen Sauerstoffkonzentrationen ein Biofilm ausgebildet. Mit Hilfe eines photometrischen Kristall-Violett Assays wurde gezeigt, dass signifikant mehr Biofilm unter aeroben, als unter mikroaeroben Bedingungen ausgebildet wird. Zusammenfassend habe ich in dieser Arbeit den Infektionszyklus und die Bandbreite an Wirtszellen des Amöbensymbionten P. acanthamoebae analysiert und ich konnte zeigen, dass diese Bakterien unabhängig von ihrem Wirt in nährstoffreichen Medium unter mikroaeroben Bedingungen Wachsen können. Diese Untersuchungen tragen zum Verständnis von axenischer Kultivierung des obligaten, intrazellulären Symbionten P. acanthamoebae bei und ebnen den Weg zu einem neuen genetischen System um diese Symbiose zu untersuchen.
Abstract
(Englisch)
Free-living amoebae have been described as evolutionary “training grounds” for intracellular bacterial pathogens. They are known to serve as environmental reservoirs for human pathogens such as Legionella pneumophila, Mycobacterium spp., and Bacillus anthracis. In addition they may serve as hosts for obligate intracellular symbionts. Procabacter acanthamoebae UWC12 is an obligate intracytoplasmatic Acanthamoeba symbiont belonging to the Betaproteobacteria. In comparison to the reduced genomes of most endosymbionts, the genome of Procabacter acanthamoebae is with 2.45 mega-bases unusually large and encodes less-reduced metabolic pathways. Investigation of the infection cycle shows a monophasic lifestyle with a comparably low infectivity in the natural host Acanthamoeba sp. UWC12. P. acanthamoebae has a slightly negative impact on host population doubling time and does not lyse the amoeba host at any point during the infection. The host range seems to be limited to phagocytic cells, as it can enter macrophage-like insect (S2) and human (THP-1) cells, but not human HeLa cells. Fast propagation, and a high rate of host lysis was observed in S2 cells. Suprisingly, we noted evidence for limited extracellular growth of P. acanthamoebae in Schneider medium. Soft agar based cultivation approaches were used to incubate P. acanthamoebae in an oxygen gradient in this medium. Growth was observed primarily in the micro aerobic zone. A 16S rRNA gene-targeted qPCR assay was established for quantification of P. acanthamoebae. Under micro aerobic conditions growth was observed in liquid Schneider medium after 16 days. Interestingly, biofilm formation was observed under atmospheric oxygen conditions. Using a crystal violet based photometric assay significantly more biofilm formation was measured under aerobic conditions than under micro aerobic conditions. Taken together, in this study I analysed the infection cycle and host range of the amoeba symbiont P. acanthamoebae, and I could show that these bacteria may be grown independently of their hosts in nutrient-rich media under micro-aerobic conditions. This investigation contributes to our understanding of axenic cultivation of the obligate intracellular symbiont P. acanthamoebae and paves the way to a novel genetic system to study this symbiosis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Symbiosis Acanthamoeba Procabacter acanthamoebae, Betaproteobacteria
Schlagwörter
(Deutsch)
Symbiosis Acanthamoeba Procabacter acanthamoebae, Betaproteobacteria
Autor*innen
Stephan Köstlbacher
Haupttitel (Englisch)
Unlinking host dependence
Hauptuntertitel (Englisch)
characterization of the intracellular Acanthamoeba endosymbiont Procabacter acanthamoebae
Paralleltitel (Deutsch)
Entkoppelung von Wirtsabhängigkeit ; Charakterisierung des intrazellulären Acanthamoeba Endosymbionten Procabacter acanthamoebae
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
XIV, 62 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Matthias Horn
Klassifikation
42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges
AC Nummer
AC12315721
Utheses ID
33313
Studienkennzahl
UA | 066 | 833 | |