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Die vollständige Entschlüsselung der Genomsequenz des Tetanus-Erregers Clostridium tetani und die Analyse seines genetischen Potentials

dc.contributor.advisorGottschalk, Gerhard Prof. Dr.de
dc.contributor.authorBrüggemann, Holgerde
dc.date.accessioned2012-04-16T14:55:54Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:32Zde
dc.date.issued2003-08-22de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AE61-8de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-555
dc.description.abstractDas Gram-positive Bakterium Clostridium tetani ist ein Endosporen-bildender Organismus, der hautsächlich in anaeroben Bereichen des Bodens vorkommt. Bei Wundinfektionen mit C. tetani-Sporen kann es zur Bildung eines potenten Nervengiftes kommen, welches eine spastische Paralyse auslösen kann, besser bekannt als Wundstarrkrampf (Tetanus). Die Krankheit ist eine der weltweit am weitesten verbreiteten Krankheiten von Menschen und Wirbeltieren. Das Nervengift stellt die zweitgiftigste der Menschheit bekannten Substanzen dar. Das Tetanus-Toxin blockiert die Freisetzung von Neurotransmittern von den präsynaptischen Membranen der inhibitorisch wirkenden Interneurone, wodurch eine Muskelentspannung unterbunden wird. Glücklicherweise gibt es seit den 40iger Jahren des letzten Jahrhunderts einen wirksamen Impfstoff, das Tetanus-Toxoid. Trotzdem erkranken laut Weltgesundheitsorganisation jährlich etwa 400000 Menschen, hauptsächlich Neugeborene, an der Krankheit (neonataler Tetanus).Im Rahmen dieser Arbeit wurde das gesamte Genom eines Impfstoff-produzierenden Stammes von C. tetani (Stamm E88) mit einer 9.5fachen Abdeckung sequenziert. Das Genom besteht dabei aus einem 2799251 Basenpaare (Bp)-umfassenden zirkulären Chromosom und einem 74082 Bp-großen Plasmid, welches pE88 genannt wurde. Das Plasmid kodiert für 61 offene Leserahmen (ORFs); unter diesen lassen sich das Tetanus-Toxin, eine Kollagenase, einige regulatorische Proteine sowie eine Anzahl von ABC (ATP-bindende Kassette)-Transportsystemen finden. Das Chromosom beinhaltet mindestens 2373 OFRs; zusätzliche möglichen Virulenzfaktoren wurden identifiziert, wie z. B. eine Reihe von Zelloberflächen- und Adhäsionsproteine. Ein Vergleich des C. tetani-Genoms mit dem Genom von C. acetobutylicum, einem nicht-pathogenen Lösungsmittelproduzenten, und mit dem Genom von C. perfringens, dem Erreger des Wundbrands, wurde durchgeführt. Der Vergleich zeigte 1506 Gene auf, die in allen drei clostridiellen Genomen vorhanden sind. Die 516 ORFs, welche nur in C. tetani erscheinen, und die 199 ORFs, die nur in pathogenen Clostridien (C. tetani und C. perfringens) vorhanden sind, wurden im Detail analysiert. Ein charakteristisches Merkmal von C. tetani besteht in seiner Präferenz für Proteine/Oligopeptide und Aminosäuren als Fermentationssubstrate; Abbauwege für viele Aminosäuren konnten gefunden werden. Der Katabolismus von Aminosäuren scheint mit einer bemerkenswerten Fähigkeit von C. tetani verknüpft zu sein: der Organismus kann eine umfassende Natriumionen-Bioenergetik betreiben; es sind sowohl primärer Natriumionen-Pumpen als auch Natriumionen-abhängige Substrat-Symporter vorhanden. Die vollständige Genomsequenz von C. tetani leistet einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Lifestyle-Wechsels von einem harmlosen Bodenbakterium zu einem zumindest potentiell verheerenden Nervensystem-schädigenden Organismus, sobald es in den Säugetierwirt eindringt und infiziert. Die vorliegende Arbeit wird auch dazu beitragen, die Mechanismen bezüglich der Steuerung der Tetanus-Toxin-Bildung aufzudecken.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyrdiss.htmde
dc.titleDie vollständige Entschlüsselung der Genomsequenz des Tetanus-Erregers <i>Clostridium tetani</i> und die Analyse seines genetischen Potentialsde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedThe complete genome sequence of the causative agent of tetanus disease, <i>Clostridium tetani</i>, and the analysis of its genesde
dc.contributor.refereeBowien, Botho Prof. Dr.de
dc.date.examination2003-01-30de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaften, Biologiede
dc.description.abstractengThe Gram-positive bacterium Clostridium tetani is an endospore-forming organism predominantly found in anaerobic zones of soil. In deep wound infections C. tetani can produce a potent neurotoxin, causing spastic paralysis, known as tetanus disease. The disease is one of the most globally prevalent diseases of humans and vertebrate animals. The tetanus neurotoxin is the second most poisonous substance known. It blocks the release of neurotransmitters from presynaptic membranes of inhibitory interneurons, thus preventing muscle relaxation. Fortunately, a potent vaccine is available since the forties of the last century, the tetanus toxoid. Nevertheless, according to the World Health Organization, an estimated 400,000 cases occur each year, mainly of neonatal tetanus.In the course of this work the whole genome of a vaccine producing strain of C. tetani (strain E88) was sequenced with a 9.5-fold coverage. The genome consists of a 2,799,251-basepair (bp) circular chromosome and a 74,082-bp plasmid, designated pE88. The plasmid encodes 61 open reading frames (ORFs); among these are the tetanus toxin, a collagenase, several regulatory proteins and a number of ABC (ATP-binding cassette)-transport systems. The chromosome harbors at least 2373 ORFs; additional putative virulence factors could be identified such as an array of surface-layer and adhesion proteins. A comparison of the C. tetani genome with two other clostridial genomes, the one of C. acetobutylicum, a nonpathogenic solvent producer, and the one of C. perfringens, the causative agent of gas gangrene, was performed. The comparison identified 1506 genes, which are present in all three clostridial genomes. The 516 ORFs, which only occur in C. tetani and the 199 ORFs, which are present only in pathogenic clostridia (C. tetani and C. perfringens) were analyzed in detail. A characteristic metabolic feature of C. tetani is its preference for proteins/oligopeptides and amino acids as substrates for fermentation; many amino acid degradation pathways could be detected. The degradation of amino acids seem to be linked to a remarkable capacity of C. tetani: the organism can rely on extensive sodium ion bioenergetics, as there are primary sodium ion pumps as well as several sodium ion-dependent substrate symporters present. The complete genome sequence of C. tetani will contribute to our understanding of the lifestyle switch from a harmless soil bacterium to a potentially devastating neurosystem-damaging organism after entering and infecting a mammalian host. The presented work will also help to unravel the regulatory network governing tetanus toxin formation.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.ger<i>Clostridium tetani</i>de
dc.subject.gerWundstarrkrampfde
dc.subject.gerTetanusde
dc.subject.gerTetanus-Toxinde
dc.subject.gerGenomde
dc.subject.gerGenomsequenzierungde
dc.subject.gerGenomanalysede
dc.subject.gerPlasmidde
dc.subject.gerpE88de
dc.subject.gerpathogene Clostridiende
dc.subject.gerTetanus-Impfungde
dc.subject.gerVirulenzfaktorde
dc.subject.gerNatriumionen-Bioenergetikde
dc.subject.eng<i>Clostridium tetani</i>de
dc.subject.engtetanusde
dc.subject.engtetanus toxinde
dc.subject.enggenomede
dc.subject.enggenome sequencede
dc.subject.enggenome analysisde
dc.subject.engplasmidde
dc.subject.engpE88de
dc.subject.engpathogenic clostridiade
dc.subject.engtetanus vaccinationde
dc.subject.engcomparative genomicsde
dc.subject.engvirulence factorde
dc.subject.engsodium ion bioenergeticsde
dc.subject.bk42.3de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-400-7de
dc.identifier.purlwebdoc-400de
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät inkl. Psychologiede
dc.subject.gokfullWUK 000: Genetik der Mikroorganismen, Molekularbiologie der Mikrorganismen {Mikrobiologie}de
dc.identifier.ppn480599289de


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