Doctoral Thesis
Refine
Year of publication
- 2012 (2) (remove)
Document Type
- Doctoral Thesis (2) (remove)
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- no (2)
Keywords
- Burkholderia pseudomallei (2) (remove)
The worldwide distribution and prevalence of melioidosis, an infectious disease caused by the soil-dwelling Gram-negative bacterium Burkholderia pseudomallei, is unknown. In Vietnam, sporadic cases of melioidosis have been reported for decades, but clinical and epidemiological data for the indigenous population are still scarce. In this study, we reviewed clinical and demographic data of patients with culture-proven melioidosis diagnosed at a single large referral hospital in Hanoi between November 1997 and December 2005. The clinical manifestations of melioidosis with fatal septicaemia as the most common presentation, a high rate of underlying diseases and a peak of cases admitted during the wet season were similar to studies from other endemic areas. The geographical origin of melioidosis patients shows that melioidosis exists in at least 18 northern provinces. The characterization of clinical B. pseudomallei strains by multilocus sequence typing identified 17 different sequence types (STs), ten of which have (as yet) not been found outside Vietnam. Several of these STs presumably were generated through recent evolutionary events in this rapidly diversifying bacterial species, and thus restricted geographic distribution may be a consequence of limited time passed since emergence. In order to define the distribution of the bacterium in the environment, our study also aimed to develop a more sensitive culture method for the detection of B. pseudomallei from soil samples in endemic areas compared to the currently used culture method based on soil dispersion in water. Our newly developed protocol involving soil dispersion in a polyethylene glycol and sodium deoxycholate solution increased the yield of viable B. pseudomallei from soil samples. Comparative testing of soil samples from Northeast Thailand covering a wide range of B. pseudomallei concentrations demonstrated a significantly higher recovery (p < 0.0001) of B. pseudomallei colony forming units by the new method compared to the conventional method. Our data indicate that using the detergents polyethylene glycol and sodium deoxycholate not only results in a higher recovery of viable B. pseudomallei, but also results in a shift in the bacterial species recovered from soil samples. Molecular methods based on direct bacterial nucleic acid extraction from environmental samples and subsequent amplification have the potential to overcome many restrictions of traditional microbiological approaches. Moreover, culture-dependent methods require special expertise in recognizing B. pseudomallei colony morphologies. Thus, a highly sensitive culture-independent DNA-based method that allows direct quantification of B. pseudomallei from soil is needed, particularly in diagnostic laboratories outside endemic areas. We therefore aimed to establish a protocol for B. pseudomallei soil DNA isolation, purification and quantification by qPCR targeting a type three secretion system 1 single copy gene. This assay was validated using 40 soil samples from Northeast Thailand that underwent parallel bacteriological culture. All 26 samples that were B. pseudomallei-positive by direct culture were B. pseudomallei qPCR-positive, with a median of 1.84 x 104 genome equivalents (range 3.65 x 102 to 7.85 x 105) per gram of soil. This was 10.6 fold (geometric mean; range 1.1 to 151.3) higher than the bacterial count as defined by culture. Moreover, the qPCR detected B. pseudomallei in seven samples (median 36.9 genome equivalents per g soil; range 9.4 to 47.3), which were negative on direct culture. These seven positives were reproduced using a nested PCR targeting a second, independent B. pseudomallei-specific sequence. Two samples were direct culture and qPCR negative but nested PCR positive. Five samples were negative by both PCR methods and culture. In conclusion, this is the first report on a series of cases describing clinical and epidemiological features of melioidosis and corresponding Burkholderia pseudomallei strains from northern Vietnam. Moreover, our newly developed culture-based and PCR-based methods provide highly specific and sensitive tools for the quantitative environmental surveillance of B. pseudomallei.
Das gramnegative Bakterium Burkholderia pseudomallei ist der Erreger der Melioidose. Die Virulenz von B. pseudomallei steht in engem Zusammenhang mit dessen Fähigkeit,intrazellulär überleben zu können. B. pseudomallei verfügt über eine Vielzahl von Sekretionssystemen, von denen das Typ-III-Sekretionssytem-3 (T3SS-3) und das Typ-VI-Sekretionssystem-1 (T6SS-1) eine wichtige Rolle für den intrazellulären Überlebenszyklus und die Virulenz des Erregers im Säuger spielen. Das Gen bsaU ist im Gencluster des T3SS-3 und das Gen BPSS1504 im Cluster des T6SS-1 lokalisiert. Beide gehören nicht zu den konservierten Genen dieser Sekretionssysteme und kodieren für hypothetische Proteine mit unbekannter Funktion. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Rolle von bsaU und BPSS1504 im intrazellulären Lebenszyklus von B. pseudomallei und für die Virulenzeigenschaften dieses Erregers näher zu untersuchen, sowie Hinweise auf die Funktionen der durch bsaU und BPSS1504 kodierten Proteine zu gewinnen. Hierfür wurden markerlose Deletionsmutanten der Gene bsaU und BPSS1504 hergestellt und die Mutanten B. pseudomallei ΔBPSS1504 und B. pseudomallei ΔbsaU komplementiert. Die Mutante B. pseudomallei ΔBPSS1504 zeigte im Zellkulturmodel Defekte in der intrazellulären Replikation, eine reduzierte Zytotoxizität und war unfähig, die Bildung von vielkernigen Riesenzellen zu induzieren, während die Fähigkeit Aktinpolymerisationen zu induzieren scheinbar nicht von der BPSS1504-Deletion beeinträchtigt wurde. Die Charakterisierung von B. pseudomallei ΔBPSS1504 in vivo zeigte eine etwa 1000-fache Virulenzattenuierung nach intranasaler Infektion von BALB/c-Mäusen. Durch Komplementation von BPSS1504 konnte der Wildtyp-Phänotyp wieder hergestellt werden. Ähnliche Phänotypen wie die von B. pseudomallei ΔBPSS1504 wurden kürzlich auch von Mutanten des T6SS-1-Effektorproteins Hcp1, der T6SS-1-Strukturkomponenten TssA/B und der T6SS-1 Regulatoren VirA/G und BprC berichtet. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass B. pseudomallei ΔBPSS1504 eine normale Expression von Schlüsselgenen des T6SS-1 inklusive hcp1, vgrG, tssA und dessen Regulatoren virA/G, bprC und bsaN aufwies. Weiterhin wies eine normale Hcp1-Sekretion darauf hin, dass die Funktionalität des T6SS-1 nicht von der BPSS1504-Deletion von beeinträchtigt wurde. Diese Daten legen nahe, dass die beobachteten Phänotypen von B. pseudomallei ΔBPSS1504, im Gegensatz zu den Phänotypen bisher bekannter Mutanten des T6SS-1,unabhängig von Hcp1 sind. Des Weiteren blieb auch die Funktion des T3SS-3 von der BPSS1504-Deletion unbeeinträchtigt, da das T3SS-3-Effektorprotein BopE und das Translokatorprotein BipD von B. pseudomallei ΔBPSS1504 normal sekretiert wurden. Ähnlich wie bei B. pseudomallei ΔBPSS1504, jedoch weniger stark ausgeprägt,konnten auch bei B. pseudomallei ΔbsaU Einschränkungen in der intrazellulären Replikation, eine verringerte Zytotoxizität sowie eine verzögerte Induktion der Riesenzellbildung gefunden werden. Die reduzierte Zytotoxizität von B. pseudomallei ΔbsaU ging mit Defekten in der Aktivierung der apoptotischen Caspase-7 sowie der pyroptotischen Caspase-1 einher. B. pseudomallei ΔbsaU konnte, wie Mutanten der T3SS-3-Gene bsaZ,bsaQ und bipD nur verzögert aus dem Endolysosomen ausbrechen. Dieser Effekt konnte durch Komplementation des bsaU-Gens zumindest teilweise wieder aufgehoben werden, was zeigt, dass es sich hierbei nicht um polare Effekte auf andere Gene handelt.