Untersuchungen zum Aufbau, zur Funktion und zur Verbreitung von genomischen Inseln in der Gattung Legionella

Der Austausch von genetischem Material über horizontalen Gentransfer, stellt einen wichtigen Mechanismus in der bakteriellen Evolution dar. Legionella pneumophila Stämme codieren für verschiedene Typ IV Sekretionssysteme (T4SS) und integrative konjugative Elemente, die zur genomischen Variabilität der intrazellulären Erreger beitragen. L. pneumophila Corby codiert auf der genomischen Insel Trb-1 für ein funktionelles Konjugations- und T4ASS. Trb-1 ist innerhalb des tRNAPro Gens integriert und kann in einer chromosomalen oder zirkulären episomalen Form existieren. Zusätzlich zu den trb/tra Genen sind auf der Insel eine Integrase (int-1) und die Gene lvrRABC der Legionella vir Region (lvr) lokalisiert. Durch die Deletion von int-1 konnte gezeigt werden, dass die Exzision von Trb-1 unter Beteiligung der Integrase erfolgt. Zudem wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal demonstriert, dass die lvr-Region, vor allem der putative Phagen-Repressor LvrR an der Regulation der Exzision von Trb-1 beteiligt ist. Die Konjugation von Trb-1 in L. oakridgensis, hatte keinen Effekt auf die in vivo Fitness der Transkonjuganten in humanen Makrophagen. Die genomischen Inseln LpcGI-1 und LpcGI-2 codieren für ein neues putatives GI-T4SS. Für LpcGI-2 konnte erstmals gezeigt werden, dass das T4SS funktionell ist und die Konjugation der genomischen Insel in einen anderen L. pneumophila Stamm vermitteln kann. LpcGI-2 kann anschließend ortsspezifisch in das Genom der Transkonjuganten integriert werden. LpcGI-1 und LpcGI-2 werden vom tRNAThr bzw. tRNAMet Gen flankiert und können in verschiedenen chromosomalen und zirkulären, episomalen Formen existieren. Die Exzision von LpcGI-2 erfolgt ähnlich zu Trb-1, in Abhängigkeit einer ortsspezifischen Integrase. Im Genom von Lp Corby wurden zwei weitere genomische Inseln (LpcGI-Asn und LpcGI-Phe) identifiziert. In silico Analysen zeigten zudem, dass genomische Inseln mit einer Ähnlichkeit zu Trb-1, LpcGI-2 bzw. LpcGI-1 im Genus Legionella verbreitet sind.Exchange of genetic information by horizontal gene transfer is an important mechanism for the evolution of bacterial genomes. Legionella pneumophila strains encode different type IV secretion systems and integrative conjugative elements contribute to the variability of the intracellular pathogen. The genomic island Trb-1 of L. pneumophila Corby encodes a functional conjugation and T4ASS. Trb-1 is integrated within the tRNAPro gene and can exist in a chromosomal or an episomal circular form. In addition to the trb/tra genes, a site-specific integrase (int-1) and a Legionella vir region (lvrRABC) are also localized on the genomic island. By deleting the int-1 gene, it could be demonstrated that the excision and of Trb-1 is integrase dependent. Furthermore, in this work it was shown for the first time that the lvr region and especially the putative phage repressor LvrR, is involved in the regulation of Trb-1 excision. Conjugation of Trb-1 in L. oakridgensis does not influence the in vivo fitness of the transconjugants in human macrophages. The genomic islands LpcGI-1 and LpcGI-2 encode a new putative T4SS. For the first time it could be demonstrated, that the T4SS localized on LpcGI-2 is functional. Although LpcGI-2 could be mobilized and transferred via conjugation to another L. pneumophila strain, followed by the site-specific integration into the genome of the transconjugants. LpcGI-1 and LpcGI-2 are flanked by the tRNAThr or tRNAMet gene respectively. Both islands can exist in different chromosomal and episomal forms. The excision of LpcGI-2 occurs similar to Trb-1 in an integrase dependent manner. Two additional genomic islands (LpcGI-Asn and LpcGI-Phe) could be identified in the genome of Lp Corby. Moreover, data of the in silico analysis demonstrated, that genomic islands similar to Trb-1, LpcGI-2 and LpcGI-1 are distributed within the genus Legionella