The genetic diversity of Mycobacterium avium subsp. hominissuis

Abstract

Non tuberculosis mycobacteria (NTM) are ubiquitous opportunistic environmental bacteria. Commonality of infections due to NTM in the developed countries like Germany has attained significant importance. Little is known about NTM prevalence in developing countries like India. Since Mycobacterium avium subsp. hominissuis (MAH) was identified as the most predominant NTM in clinical samples in Germany, the ecological niche of this bacterium in Germany was explored in this study and it was concluded that soil and dust may be relevant sources for MAH infections in Germany. No MAH was identified in soil and dust samples from India. Instead a plethora of different NTM residing in Indian soils (e.g. M. terrae, M. fortuitum and M. asiaticum) was identified. The study revealed that the biogeography of a place has an important role in defining the habitat and occurrence of NTM. Two draft MAH genomes from isolates from dust and from a child suffering from lymphadenitis were introduced in the public databases to facilitate better comparative genomics and understand the underlying molecular mechanisms responsible for this environmental bacterium to evolve as an opportunistic pathogen. The study also proposed a genome island in MAH which represents a highly dynamic zone. This identified dynamic region points to the opinion that the genomes of MAH are open to DNA rearrangements and the flexible gene pools have an imperative role to play in offering adaptive advantages to these microbes. The habitat of the bacteria is one important factor adding up to the list of several others like infectivity, transmission potential of the bacteria and intensity of MAH exposures that could be responsible for MAH infections. SNP analysis in three MAH genes revealed no correlation between the SNPs from MAH in different environmental and clinical habitats.

Nicht-tuberkulöse Mykobakterien (NTM) sind ubiquitäre, opportunistische Umweltbakterien. In den Industriestaaten wie beispielsweise in Deutschland haben die Infektionsraten von NTM eine signifikante Bedeutung erreicht. Über die NTM-Prävalenzen in Entwicklungs- und Schwellenländern wie beispielsweise Indien ist wenig bekannt. Da Mycobacterium avium subsp. hominissuis (MAH) als das häufigste aus klinischen Proben isolierte NTM in Deutschland identifiziert wurde, wurde in der vorliegenden Arbeit die ökologische Nische dieses Bakteriums in Deutschland ermittelt und Erde und Staub als mögliche relevante Quellen für MAH Infektionen identifiziert. MAH konnte nicht aus Erd- und Staubproben aus Indien isoliert werden. Stattdessen wurde eine Fülle verschiedener NTM (z.B. M. terrae, M. fortuitum and M. asiaticum) in Erdproben aus Indien gefunden. Diese Studie konnte aufzeigen, dass die Biogeographie eines Ortes sowohl das Habitat als auch das Vorkommen von NTM entscheidend definiert. Zwei MAH draft Genome, von einem Umweltisolat aus Staub und einem Patientenisolat eines Kindes mit Lymphadenitis, wurden den öffentlichen Datenbanken hinzugefügt, um eine bessere vergleichende Genomanalyse zu gewährleisten. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen, die für die Evolution eines Umweltkeines zu einem opportunistischen Krankheitserreger verantwortlich sind. Des Weiteren wurde eine Genominsel in MAH identifiziert, die sich als stark dynamische Sequenzregion darstellt. Diese dynamische Region deutet darauf hin, dass das MAH Genom Reorganisationen unterliegt und dass diese flexiblen Genpools eine wichtige Rolle bei der Anpassung der Bakterien an Umweltveränderungen spielen. Das Habitat der Bakterien ist als wichtiger Faktor neben anderen Faktoren wie Infektiosität, Übertragungspotential und Expositionsstärke mitverantwortlich für eine MAH Infektion. Untersuchungen von drei MAH Genen mittels SNP-Analyse zeigten keine Korrelation zwischen den SNPs von MAH und dem ökologischen oder klinischen Habitat.