Bakterielle Populationsstrukturen

Präsentation zum Thema: "Bakterielle Populationsstrukturen"—  Präsentation transkript:

1 Bakterielle Populationsstrukturen
Ulrich Nübel Burgstr. 37, Wernigerode

2 1. Mutation + Rekombination
2. Selektion 3. genetische Drift

3 1. Mutation + Rekombination
2. Selektion 3. genetische Drift

4 Variabilität einer Gen-Sequenz
60 ST10 GAT ACA AAA GTA GTA CAA GAA CCT AAG ATA TCA AAG AAG TCT AAT AGT AAA GAC TTT TCT ST ST C ST G A ST A C ST A ST A ST A ST A ST A T ST A ... .T ST A ... .T ST T G A G C T C.. ... 120 ST10 TCA TCA CAA GAG TTA TTC GGT TTT GAC GAA GCT ATG CTA ATT ACA GCA AAA GAA GAT GAG ST ST ST T ST ST T ST ST ST ST ST ST T T G G 180 ST10 GAA TAC TCT TTT GGT TTA CCG TTA AAA GAA AAA TAT GTT TTT GAT AGT TTT GTT GTT GGA ST ST ST C A C ..C A 240 ST10 GAT GCT AAC AAA ATT GCT AGA GCA GCA GCT ATG CAG GTA TCG ATA AAT CCA GGT AAA TTA ST G ST G ST G ST G ST G ST G ST A T G 300 ST10 CAT AAC CCT TTA TTC ATT TAT GGT GGT AGT GGT TTA GGT AAA ACT CAC TTA ATG CAA GCA ST9 T ST C A ST10 ATA GGT AAT CAT GCA AGA GAA GTT AAT CCT AAT GCC AAA ATT ATT TAT ACA AAT TCA GAA ST T C 420 ST10 CAA TTT ATT AAA GAT TAT GTA AAT TCT ATT CGT TTA CAA GAT CAA GAT GAG TTT CAA AGA ST C A 470 ST10 GTT TAT AGA TCT GCG GAT ATA CTT TTG ATT GAT GAT ATT CAA TTT ATT GCT ST C ... ST ST C ... ST A T ... C.T ..A C ... ST C ... ST C ... ST C C ... ST C C ... ST C C ... ST C C ... ST C C ... ST A T ... C.T ..A G C ...

5 klonale Vermehrung ?

6 Gene mit Mosaikstruktur

7 Populationsgenetik von Bakterien die wichtigsten Methoden:
Multilocus-Enzym-Elektrophorese (MLEE) 70er bis 90er Jahre Multilocus-Sequenz-Typisierung (MLST) seit 1998 genomweite SNPs seit 2003

8 spezifische Enzymfärbung
Multilocus-Enzym-Elektrophorese (MLEE) Bakterienkultur Enzym-Extraktion Gelelektrophorese spezifische Enzymfärbung

9 Multilocus-Enzym-Elektrophorese (MLEE)
Mannitol 1-Phosphat Dehydrogenase Glucose 6-Phosphat Dehydrogenase Malat Dehydrogenase

10 ohne Kopplung der Allele
MLEE -- Assoziation der Allele Allelprofile Distanzmatrix Allel-Häufigkeiten ohne Kopplung der Allele erwartete Varianz: Vexp beobachtete Varianz: Vobs

11 (entsteht durch freie Rekombination; z. B. Neisseria gonorrhoeae)
MLEE -- Assoziation der Allele Assoziations-Index: IA = Vobs/Vexp -1 Kopplungsgleichgewicht: Vobs = Vexp IA = 0 (entsteht durch freie Rekombination; z. B. Neisseria gonorrhoeae) Kopplungsungleichgewicht: Vobs >> Vexp IA >> 0

12 Kopplungsungleichgewicht IA >> 0
entsteht durch: geringe Rekombinationsrate (z. B. E. coli, Salmonella spp.) unterteilte Populationen (z. B. "Rhizobium meliloti") epidemische Populationsstruktur (z. B. Neisseria meningitidis)

13 MLST -- eBURST-Algorithmus
innerhalb klonaler Komplexe gilt näherungsweise: Punktmutation neues Allel mit einem neuen Nucleotid Rekombination neues Allel mit mehreren Unterschieden, kann in verschiedenen STs auftreten Vergleich Founder : SLVs r / m

14 Neisseria meningitidis 10
Rekombinationsraten in verschiedenen Species r/m Neisseria meningitidis 10 Streptococcus pneumoniae 5 Staphylococcus aureus 0,1 Mycobacterium tuberculosis 0,0

15 trotz Rekombination können vorübergehend 'Klone' existieren

16

17 klonale Komplexe und Virulenz
= virulente Klone

18 Rekombination: Unterschiede zwischen 'höheren' Eukaryonten +
Prokaryonten an Fortpflanzung gebunden optional zwei haploide Zellen verschmelzen zu einer diploiden kleiner Teil ( Basen) des Donor-Genoms wird in Rezipienten-Genom aufgenommen nur innerhalb einer Art auch zwischen entfernten Verwandten

19 Nature Genetics Reviews 2: 634 (2001)