Genotyping and genomotyping of Tropheryma whipplei – the causative agent of Whipple's Disease

Abstract

Whipple's disease (WD) is a very rare disease caused by Tropheryma whipplei (TW), an intracellular bacterium with a reduced genome. Its main clinical manifestations are classical Whipple disease (WD) with gastrointestinal affection, neurological manifestations (NW), endocarditis (EW) and isolated pulmonary affection (IP). An asymptomatic carriage (AC) occurs frequently. In the present study, 17 strains of TW have been successfully cultured, their DNA extracted and their genomes sequenced by SOLiD-technology. They were set into context with the two reference strains Twist and TW08/27 by whole-genome comparison. Genotyping data according to the HVGS genotyping system for our study group but also for all European samples was examined. Two predominant genotypes (Gt1 and Gt3) could be described in France and Germany in our group as in all TW genotyping data. Typing resolution could be increased by implementing genomotypes. Hereby, no significant clustering of identical clinical manifestations could be observed. The ANI did not decrease with increasing geographical distance. But same genotypes showed higher ANIs in all of their genomes. The pan-genome of TW could be constructed. As other intracellular bacteria, TW shows a closed pan-genome, with a reduced genome mirroring a sympatric life style and a putative close relationship to its human host. This underlines the theory that TW is a commensal of the gut and causes disease only in distinct situations with a certain immunological disorder.

Morbus Whipple ist eine sehr seltene Ekrankung, die durch Tropheryma whipplei (TW) verursacht wird. Hierbei handelt es sich um ein intrazelluläres Bakterium mit einem reduzierten Genom. Die hauptsächlichen klinischen Manifestationen der Erkrankung sind klassischer Morbus Whipple (CWD) mit gastrointestinaler Symptomatik, neurologische Manifestationen durch TW (NW), eine Endokarditis durch TW (EW) und eine isoliert pulmonale Beteiligung (IP). Häufig kommt aber auch eine asymptomatische Besiedlung mit dem Erreger vor (AC) . Im Rahmen dieser Arbeit wurden 17 TW-Stämme erfolgreich kultiviert und ihre Genome mittels SOLiD-Technik sequenziert. Diese wurden mit den Referenzstämmen, Twist und TW08/27, verglichen und mit vorherigen Genotypisierungsdaten kontextualisiert. Es zeigten sich in Deutschland und Frankreich zwei prädominante Genotypen (Gt1 und Gt3). Die Typisierungsauflösung konnte mittels Implementierung von Genomotypen erhöht werden. Hierbei waren jedoch keine signifikanten Gruppierungen anhand der klinischen Manifestationen zu verzeichnet. Die durchschnittliche Nukleotididentität (ANI) verhielt sich nicht antipropotional zur geographischen Distanz, jedoch zeigten sich für gleiche Genotypen signifikant höhere ANIs. Ebenso wurde das Pangenom von TW konstruiert. Wie andere intrazelluläre Erreger hat TW ein geschlossenes Pangenom. Dies kann als Hinweis auf ein enge Beziehung zum menschlichen Wirtsorganismus in der Evolutionsgeschichte gewertet werden und unterstreicht die Theorie, dass TW als Kommensale lebt und nur bei Menschen mit einer bestimmten Immunschwäche Erkrankungen hervorruft.