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FU Berlin
Digitale Dissertation

Martin Schenker :
Microevolution in Neisseria meningitidis in the 25 kb region containing tbpAB and opaA
Mikroevolution in Neisseria meningitidis am Beispiel der 25 kb Region zwischen tbpAB und opaA

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Abstract

A 25 kb region covering tbpAB to opaA was sequenced from Neisseria meningitidis serogroup A, subgroup IV-1 strain Z2491 from The Gambia. 18 open reading frames and several repetitive elements could be identified and analysed. Comparative sequencing of the N. meningitidis serogroup C, ET37-complex strain Z4400 showed that the general order of this region was very similar between both strains, but many polymorphisms were detected. Most differences could be found in the repetitive elements. The results also indicate that the tbpAB operon from ET37-complex is probably an import from unrelated bacteria.

Analysis of four gene fragments (potF, tbpB, amiC, opaA) in old isolates of the serogroup III (1966), IV-1 (1966) and IV-2 (1917) showed that they were identical to the sequence in Z2491 with minor differences. In order to determine the frequency of horizontal genetic exchange within different countries, the same gene fragments were sequenced from 100 serogroup , subgroup IV-1 meningococci isolated during and after the epidemic in The Gambia in the 1980s and from 100 serogroup C, ET37-complex meningococci isolated from endemic disease in Mali in the early 1990s. Among the ET37-complex strains only 1 point mutation in the opaA gene was found. In contrast to that finding roughly 50% of the alleles in the 100 IV-1 strains were imported or mutated. Most of these recombinations in the IV-1 strains took place around the tbpAB-operon, the size varied between 5-11 kb. This leads to the assumption of different recombination pathways in both subgroups.

In the IV-1 strains a group of bacteria could be identified where the tbpAB operon is probably an import from a foreign organism.

All these data support the concept of the "Global Gene Pool" in Neisseria and show that recombination events even among very far related members of a gene family are possible.

Table of Contents

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Titel, Anmerkungen, Abkürzungen

1. Einleitung

1.1 Die Gattung Neisseria

1.2 Klinisches Krankheitsbild von N. gonorrhoeae und N. meningitidis

1.3 Serologische Klassifizierung

1.4 Populationsstrukturen der Neisserien

1.5 Populationsstrukturen von N. meningitidis und N. gonorrhoeae

1.6 Mikroevolution in N. meningitidis

1.7 Außenmembranproteine, die für die Eisenaufnahme notwendig sind

1.7.1 Die Transferrin-bindenden Proteine (TbpAB)
1.7.2 Die Lactoferrin bindenen Proteine (LbpAB)

1.8 Die Opa-Proteine

1.9 Genomische Organisation

1.10 Repetitive Elemente in Genomen

1.11 Repetitive Strukturelemente in N. meningitidis

1.11.1 NIMEs (neisserial intergenic mosaic elements)
1.11.2 Correia-Elemente

1.12 Mechanismen des horizontalen Gentransfers

1.13 Homologe Rekombination

1.13.1 Die homologe Rekombination in Neisserien
1.13.2 Rekombinationen in und zwischen Bakteriengenomen

1.14 Das Modell des globalen Gen-Pools

1.15 Ziele der Doktorarbeit

2. Materialien und Methoden

2.1 Chemikalien

2.2 Enzyme und DNA

2.3 Restriktionsenzyme

2.4 Molekulargewichtsstandards

2.5 Kits

2.6 Materialien

2.7 Geräte

2.8 Computer-Programme

2.9 Oligonukleotide

2.10 Plasmide

2.11 Bakterienstämme

2.12 Medien und Platten

2.13 Puffer und Lösungen

2.14 Lagerung und Anzucht von Bakterien

2.15 Präparation chromosomaler DNA aus N. meningitidis

2.16 Chromosomale DNA Präparation für die Pulsfeld-Gelelektrophorese

2.17 Minipräparation von Plasmid-DNA aus E. coli

2.18 Bestimmung der DNA-Konzentration

2.19 Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

2.20 Reinigung von PCR Produkten

2.21 "Nebulisation" und "end-repair" der lrPCR-Fragmente

2.22 Klonierung von PCR Produkten

2.23 Restriktionsansätze

2.24 Agarosegelelektrophorese

2.25 Feldinversions-Gelelektrophorese (FIGE)

2.26 Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE)

2.27 Anfärben und Photographie von DNA-Banden in Agarosegelen

2.28 Fixierung von DNA an Nylon Membranen (Southern Blot)

2.29 DIG-Markierung von doppelsträngiger DNA

2.30 Spezifische DNA-Hybridisierung und Detektion

2.31 Sequenzierung

2.32 Computeranalyse der erhaltenen Sequenzdaten

2.32.1 Bearbeitung der Rohsequenzen
2.32.2 Analyse der Konsensus-Sequenzen

3. Ergebnisse

3.1 Klonierung und Sequenzierung der Region um tbpAB und opaA

3.2 Analyse der kodierenden Bereiche

3.3 Analyse der nichtkodierenden Bereiche

3.3.1 Repetitive DNA-Elemente um das tbpAB-Operon (NIMEs)
3.3.2 Weitere repetitive DNA-Elemente

3.4 Vergleich des IV-1 Stammes Z2491 mit dem ET-37 Komplex Stamm Z4400

3.5 Sequenzvariationen in der untersuchten Region

3.5.1 Variationen in älteren Isolaten
3.5.2 Variation der Subgruppe V-1 in verschiedenen Ländern
3.5.3 Rekombinationshäufigkeiten in klonalen Gruppierungen

3.6 Analyse der gefundenen Allel-Varianten

3.7 Restriktionsanalyse der gefundenen tbpB-Varianten in der Subgruppe IV-1

3.8 Vergleichende Sequenzierung des Bereichs potF-toy6 von 2 Varianten

3.9 Suche nach potentiellen Donoren der neuen Allele in der Subgruppe IV-1

4. Diskussion

4.1 Genetische Organisation der Region um tpbAB-opaA in Z2491

4.2 Analyse der repetitiven Elemente um tbpAB

4.3 Vergleich der tbpAB-opaA Region zwischen den Subgruppen IV-1 und ET-37 Komplex

4.4 Vergleich der N. meningitidis Sequenzen mit dem N. gonorrhoeae FA1090-Genom

4.5 Sequenzvariationen in den gefundenen potF, tbpB, amiC und opaA-Allelen

4.6 Mechanismen des Austausches in der tbpAB-opaA Region

4.7 Repeats als funktionelle Einheit?

5. Zusammenfassung

6. Summary

7. Literaturverzeichnis

Veröffentlichungen, Lebenslauf

More Information:

Online available: http://www.diss.fu-berlin.de/1999/59/indexe.html
Language of PhDThesis: german
Keywords: Neisseria meningitidis, sequence variation, comparative sequencing, recombination, allele exchange , repetitive elements
DNB-Sachgruppe: 30 Chemie
Date of disputation: 19-Oct-1999
PhDThesis from: Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
First Referee: Dr. habil. Mark Achtman
Second Referee: Prof. Dr. Volker A. Erdmann
Contact (Author): schenker@molgen.mpg.de
Contact (Advisor): achtman@molgen.mpg.de
Date created:28-Oct-1999
Date available:24-Aug-2000

 

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