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Ulrich Nübel Bakterielle Populationsstrukturen Burgstr. 37, Wernigerode.

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1 Ulrich Nübel Bakterielle Populationsstrukturen Burgstr. 37, Wernigerode

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

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

4 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 ST10 TCA TCA CAA GAG TTA TTC GGT TTT GAC GAA GCT ATG CTA ATT ACA GCA AAA GAA GAT GAG ST ST ST ST T ST ST T ST ST ST ST ST ST T T.....G.....G ST10 GAA TAC TCT TTT GGT TTA CCG TTA AAA GAA AAA TAT GTT TTT GAT AGT TTT GTT GTT GGA ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST C.....A C..C.....A ST10 GAT GCT AAC AAA ATT GCT AGA GCA GCA GCT ATG CAG GTA TCG ATA AAT CCA GGT AAA TTA ST ST ST ST ST 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 ST ST ST9 T ST ST ST ST ST ST ST ST 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 ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST T C ST10 CAA TTT ATT AAA GAT TAT GTA AAT TCT ATT CGT TTA CAA GAT CAA GAT GAG TTT CAA AGA ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST C A 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... Variabilität einer Gen-Sequenz

5 ? klonale Vermehrung

6 Gene mit Mosaikstruktur

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

8 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 MLEE -- Assoziation der Allele Allelprofile Allel-Häufigkeiten Distanzmatrix beobachtete Varianz: V obs ohne Kopplung der Allele erwartete Varianz: V exp

11 Assoziations-Index: V obs >> V exp V obs = V exp Kopplungsgleichgewicht: I A = V obs /V exp -1 I A = 0 I A >> 0 Kopplungsungleichgewicht: (entsteht durch freie Rekombination; z. B. Neisseria gonorrhoeae) MLEE -- Assoziation der Allele

12 I A >> 0 Kopplungsungleichgewicht 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 Punktmutation Rekombination neues Allel mit einem neuen Nucleotid innerhalb klonaler Komplexe gilt näherungsweise: neues Allel mit mehreren Unterschieden, kann in verschiedenen STs auftreten Vergleich Founder : SLVs r / m

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

15 trotz Rekombination können vorübergehend 'Klone' existieren

16

17 klonale Komplexe und Virulenz = virulente Klone

18 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 Rekombination: Unterschiede zwischen 'höheren' Eukaryonten Prokaryonten +

19 Nature Genetics Reviews 2: 634 (2001)


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