Untersuchungen zur Stressantwort ausgewählter Campylobacter (C.) jejuni-, C. coli- und C. lari-Stämme

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, die Stressantwort von C. jejuni, C. coli und C. lari auf erhöhte Temperaturen zu charakterisieren. C. coli und C. lari zeigen gegenüber C. jejuni eine verringerte Fähigkeit, bei 46 °C zu überleben. Untersuchungen zur Expression der Hitzeschockgene mittels Real-Time qPCR konnten diese phänotypischen Unterschiede nicht vollständig erklären. Deshalb wurden in dieser Arbeit erstmalig die Veränderungen der Genexpression durch Sequenzierung der Transkriptome (RNA-Seq) bei 46 °C gegenüber 37 °C bei C. jejuni, C. coli und C. lari untersucht. Diese Form der Analyse bestätigt und erweitert das über andere Methoden wie Microarray- und RT-qPCR-Studien generierte Wissen über die Hitzeschockantwort bei C. jejuni. Darüber hinaus liefert diese Arbeit erstmalig Erkenntnisse über die Hitzeschockantwort auf transkriptioneller Ebene bei C. coli und C. lari. Die RNA-Seq-Daten zeigen erhebliche Unterschiede in der temperaturabhängigen Regulation der Genexpression. Während bei C. coli und C. lari jeweils 9 % der Gene eine signifikante Expressionsänderung zeigen, beträgt dieser Anteil bei C. jejuni nur 3 %. Bei C. jejuni weisen 89 % der regulierten Gene eine erhöhte Transkriptionsrate auf, während bei C. coli 69 % und bei C. lari 45 % der regulierten Gene eine gesteigerte Expression zeigen. Der Anteil an Genen, deren Expression in allen drei Spezies gleichermaßen reguliert wird, ist sehr gering. Kategorisiert man die differentiell exprimierten Gene, so wird deutlich, dass deren Produkte aus nahezu allen funktionellen Gruppen stammen. Besonders Gene, die für die Zellhülle, den Proteinstoffwechsel, die Proteinbiosythese als auch für Transport- und Bindungsproteine kodieren, zeigen eine gesteigerte Expression Die eigentliche Stärke der RNA-Seq liegt nicht in der genauen quantitativen Ermittlung der Genexpression, sondern in ihrem Potential, die Architektur des Transkriptoms und mögliche regulatorische Komponenten zu entschlüsseln. RNA-Seq-Experimente als zukünftiger Standard auf dem Gebiet der Genexpressionsanalysen könnten auch in der Lebensmittelmikrobiologie eine wichtige Rolle spielen, um Informationen über das Überleben von Mikroorganismen in der Lebensmittelkette und deren Anpassung an subletale Faktoren zu generieren.

The aim of this study was to characterize the stress response of C. jejuni, C. coli and C. lari to elevated temperatures. C. coli and C. lari show a decreased ability to survive at 46 °C in comparison to C. jejuni. The differential expression of heat-shock genes by real-time qPCR could not explain the phenotypic differences. Therefore, the changes in global gene expression at 46 °C compared to 37 °C in C. jejuni, C. coli and C. lari was investigated by RNA sequencing (RNA-Seq). This analysis confirmed and extended the knowledge of the heat-shock response of C. jejuni generated in earlier studies by using other methods such as microarray and RT-qPCR. Furthermore, this work provides first insights on the heat shock response on the transcriptional level of C. coli and C. lari. The RNA-Seq data show significant differences in the temperature-dependent regulation of gene expression. While in C. coli and C. lari 9 % of the genes showed a significant change in expression, this proportion in C. jejuni is only 3 %. In C. jejuni 89 % of the regulated genes show an increased transcription rate, while 45 % of the regulated genes in C. coli and 69 % in C. lari are upregulated. The percentage of genes whose expression is regulated in all three species alike, is very low. A categorization of the differentially expressed genes reveals that their products were distributed over almost all functional groups. Particularly genes encoding cell membrane proteins, protein metabolism, the protein biosynthesis and transport and binding proteins, show an increased expression. The potential of RNA-Seq is not the precise quantitative determination of gene expression, but in its potential to decipher the architecture of the transcriptome and possible regulatory components. RNA-Seq experiments, as the future standard in the field of gene expression analysis, could also play an important role in food microbiology to understand the survival of microorganisms and their adaptation to sublethal factors in the food chain.