Detailansicht
Acanthamoeba spp. as possible host organisms for the pathogen Burkholderia pseudomallei
Verena Mündler
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Julia Walochnik
DOI
10.25365/thesis.44837
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29612.40118.221461-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Acanthamoeba spp. sind in der Umwelt omnipräsent und können in Wasser, Er-de, Staub und Luft gefunden werden. Außerdem sind sie fakultative Pathogene. Sie können schwere Infektionen, einerseits in Form von Akanthamöben-Keratits (AK) und andererseits von Granulomatöser Akanthamöben Encephalitis (GAE) hervorrufen. Eine der Besonderheiten dieser Protozoen ist es, extrem resistente Zysten auszubilden. Der Trophozoit stellt die bewegliche Form dar, die sich von Bakterien ernährt und sich mittels Zellteilung vermehrt. Ungünstige Umweltbedingungen führen zur Bildung der resistenten Zysten. Diese werden aufgrund der typischen sternförmigen Morphologie ihrer Ekto- und Endozyste in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Des Weiteren sind Acanthamoeba spp. bereits als Wirtsorganismen für Humanpathogene wie beispielweise Legionella pneumophila von medizinischer Bedeutung. Es ist bekannt, dass Bakterien nach Amöbenpassage eine deutlich gesteigerte Resistenz gegenüber Desinfektionsmitteln und Antibiotika aufweisen. Erst kürzlich gab es Hinweise darauf, dass sie in vitro auch als Wirte für Burkholderia pseudomallei fungieren können.
B. pseudomallei ist ein gram-negatives und fakultativ intrazelluläres Bakterium, das typischerweise im tropischen und subtropischen Erdreich zu finden ist. Eine Infektion kann zum Ausbruch der Krankheit Melioidose führen, wobei Mortalitätsraten von bis zu 90% beschrieben sind. Die Infektion kann durch Inhalation, mittels Wundeintritt oder auch durch Nahrungsaufnahme erfolgen. Die Manifestationen reichen von Hautinfektionen, Leber- und Milzabszessen, Sepsis bis zu Lungenentzündung. Abhängig von der Bakterienkonzentration und dem Infektionsweg können sich verschiedenste Symptome ausprägen. Besonders in nicht-endemischen Gebieten sind Ärzte über das Krankheitsbild kaum informiert.
Das Ziel dieser Arbeit war es, mehr über die Diversität von Acanthamoeba spp. im Boden in afrikanischen Regionen, in denen Melioidose endemisch ist zu erfahren. Bislang gibt es dazu keine Daten. Außerdem sollte die Frage beantwortet werden, ob Akanthamöben natürliche Wirte für B. pseudomallei darstellen. Grundsätzlich soll diese Studie auch zu einem besseren Verständnis der globalen Verbreitung dieses Pathogens beitragen.
Dafür wurden in vier für Melioidose endemischen Regionen Afrikas, nämlich Madagaskar, Burkina Faso, Kongo und Äthiopien, Bodenproben gesammelt und auf Akanthamöben getestet. Die isolierten Akanthamöben wurden auf Non-Nutrient-Agarplatten, die mit E. coli bestrichen wurden, zu Reinkulturen gezüchtet. Im Anschluss wurden die Trophozoiten geerntet und deren DNA isoliert. Ein Teil davon wurde verwendet, um B. pseudomallei mittels qPCR er-neut nachzuweisen. Der andere Teil wurde für eine spezifische Akanthamöben-PCR benutzt. Alle Isolate wurden durch Sequenzierung des 18S rRNA-Gens identifiziert.
Alle 36 untersuchten Bodenproben erwiesen sich als positiv auf Acanthamoeba spp und insgesamt wurden 74 verschiedene Akanthamöben-Stämme isoliert. Im Durchschnitt wurde mehr als ein Stamm pro Probe isoliert. Dabei wurden alle morphologischen Gruppen gefunden sowie 9 verschiedene Genotypen identifiziert. Der weltweit häufigste Genotyp, T4 war auch in dieser Studie mit 29 unterschiedlichen Isolaten dominierend. Hingegen wurde in Madagaskar hauptsächlich Genotyp T5 nachgewiesen. Des Weiteren wurde der extrem sel-tene Genotyp T17 aus vier unterschiedlichen Proben aus Madagaskar isoliert. Dieser Genotyp war 2010 zum ersten Mal in Thailand beschrieben worden. In-teressanterweise wiesen die Proben aus Burkina Faso, trotz der geringen Pro-benanzahl, die höchste Diversität auf, es wurden mehrere Stämme der seltenen Genotypen T11, T15 und T19 gefunden. Insgesamt gelten fast alle der isolierten Genotypen als humanpathogen.
Außerdem konnte in einem Akanthamöben-Isolat B. pseudomallei nachgewiesen werden. Da die Interaktion zwischen den beiden Organismen trotz 12 Subkulti-vierungsschritten bestehen blieb, kann sie als sehr stabil bezeichnet werden. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass Akanthamöben tatsächlich als na-türliche Wirte für B. pseudomallei dienen können.
Abstract
(Englisch)
Acanthamoeba spp. are ubiquitously found in the environment e.g. in water, soil, dust and air. Furthermore, they are facultative pathogens leading to severe dis-eases as Acanthamoeba keratitis (AK) and granulomatous amoebic encephalitis (GAE). One of the impressive abilities of these protozoa is their ability to pro-duce extremely resistant cysts. On the one hand they form motile trophozoites which feed on bacteria and multiply by binary fission. On the other hand, harsh conditions lead to the formation of cysts. These are defined by an outer ectocyst and an inner endocyst, which are responsible for the typical star-shaped ap-pearance. The cyst morphology is also used to identify their morphological group. Moreover, Acanthamoeba spp. are well known reservoirs for human pathogens, e.g. Legionella pneumophila, and are described as virtual training grounds for various bacteria. Recently, there has been evidence that in vitro they can also act as host for Burkholderia pseudomallei.
B. pseudomallei is a gram-negative bacterium with a facultative intracellular life cycle and it is a natural inhabitant of soil in tropical and sub-tropical regions. It can cause the severe and underestimated disease melioidosis having a mortality rate of up to 90%. The infection is acquired either by inhalation of aerosols from contaminated soil and water, by ingestion or through skin lesions. The symptoms can range from skin infections, liver and spleen abscesses, encephalitis and septicemia to pneumonia and clearly depend on the bacterial load as well as on the mode of infection. Thus, diagnosis can be extremely challenging and particularly clinicians in non-endemic regions are not always aware of this potentially fatal disease.
The aim of this study was to identify the diversity of Acanthamoeba spp. in soil from African regions predicted to be endemic for melioidosis as no comprehen-sive data are available yet for this continent. Furthermore, it was aimed to an-swer the question if Acanthamoeba spp. indeed can act as natural host organisms for B. pseudomallei. Overall this project will contribute to a better understanding of the global distribution of this bacterium.
Soil samples, were collected at various sites in 4 African countries, namely Madagascar, Burkina Faso, Congo and Ethiopia. Afterwards, acanthamoebae were isolated on NN-agar plates seeded with E. coli and sub-cultured to the end of gaining clonal cultures. Then, the trophozoites were harvested from the plates, washed and whole-cell DNA was extracted. While one aliquot was used to identify the acanthamoebae, the other aliquot was used to run B. pseudomallei-specific qPCR. All acanthamoebae isolates were genotyped by sequencing a fragment of their 18S rDNA.
All soil samples investigated were positive for Acanthamoeba spp. and in aver-age more than one Acanthamoeba strain was detected per sample. Interestingly, all morphological groups and strains from 9 different genotypes were found. Genotype T4 is the most abundant genotype worldwide and it was also the most prevalent one in this study. However, the soil collected in Madagascar showed a different picture, as here T5 was the genotype found most frequently. Moreover, the extremely rare genotype T17, which had been first described in Thailand, was isolated from altogether 4 samples. During this study, T17 was exclusively found in soil samples collected in Madagascar. Soil from Burkina Faso showed the highest diversity of Acanthamoeba spp. including also several rare genotypes as e.g. T11, T15 and T19. Overall, the majority of genotypes found are known to be linked to human disease.
Moreover, one Acanthamoeba isolate was positive for B. pseudomallei, even after 12 cycles of subculture. This is the first proof that B. pseudomallei can naturally use acanthamoebae as a host.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Acanthamoeba spp. Burkholderia pseudomallei Melioidosis
Schlagwörter
(Deutsch)
Akanthamöben Burkholderia pseudomallei Melioidose
Autor*innen
Verena Mündler
Haupttitel (Deutsch)
Acanthamoeba spp. as possible host organisms for the pathogen Burkholderia pseudomallei
Paralleltitel (Deutsch)
Akanthamöben als mögliche Wirtsorganismen für den Krankheitserreger Burkholderia pseudomallei
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
113 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Julia Walochnik
AC Nummer
AC13422071
Utheses ID
39687
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |