Expression Analysis of Host-Induced Genes and Proteins of Potato Pathogen Pectobacterium atrosepticum

Pectobacterium atrosepticum on Gram-negatiivinen bakteeri, joka aiheuttaa perunan tyvi- ja märkämätää. P. atrosepticum bakteerin optimilämpötila on melko alhainen ja se on yleinen lauhkeilla alueilla. Tyvimätä leviää pääasiassa siemenperunan välityksellä ja siksi se on ongelma erityisesti siemenperunan tuotannossa. P. atrosepticum kannan SCRI1043 genomi on julkaistu ja sitä tutkitaan malliorganismina märkä- ja tyvimädän taudinaiheuttamisen ymmärtämiseksi. Tämä opportunistinen taudinaiheuttaja voi elää isäntäkasvissa kuukausia piilevänä, aiheuttamatta näkyviä oireita. Suotuisissa olosuhteissa bakteerit alkavat jakautua ja tuottaa kasvin kudoksia hajottavia entsyymejä. Mädäntyvä kasvimassa tarjoaa ravinteita bakteerien kasvuun ja mahdollistaa isäntäkasvin asuttamisen. Soluseiniä hajottavien entsyymien merkitys taudinaiheuttamisessa on hyvin tunnettu, mutta oireettomasta jaksosta ja taudin alkuvaiheista tiedätään vain vähän. Bakteerin genomi sisältää monia toksiineja, adhesiineja, hemolysiineja ja muita proteiineja, joilla saattaa olla merkitys taudinaiheuttamisessa. Tässä työssä käytettiin proteomiikkaa ja mikrosiruanalysiä P. atrosepticum bakteerin erittyvien proteiinien ja geeniekspression tutkimiseen. Proteiinit, jotka eritetään ulos bakteerista, toimivat todennäköisesti taudinaiheuttamisessa, koska ne ovat suorassa kontaktissa isäntäkasvin kanssa. Analyysit suoritettiin olosuhteissa, jotka muistuttavat kasvin soluvälitilaa: matala pH, vähän ravinteita ja matala lämpötila. Isäntäkasvin läsnäolon vaikutusta proteiinien tuottoon ja geeniekspressioon tutkittiin lisäämällä perunauutetta kasvatusalustaan. Tutkimuksessa tunnistettiin P. atrosepticum bakteerin monia jo tunnettuja ja mahdollisesti taudinaiheuttamiseen liittyviä proteiineja. Perunauute lisäsi hiljattain tunnistetun, proteiinien eritysreittiä (tyyppi VI sekreetio, T6SS) koodaavien geenien ilmentymistä. Lisäksi bakteerin havaittiin erittävän useita T6SS:n liittyviä proteiineja kasvualustaan, johon oli lisätty perunauutetta. T6SS:n merkitys bakteereille on vielä epäselvä ja sen vaikutuksesta taudinaiheuttamiseen on julkaistu ristiriitaisia tuloksia. Märkä- ja tyvimädän ymmärtäminen molekulaarisella tasolla luo pohjan tautien kontrollointiin tähtäävään soveltavaan tutkimukseen. Tämä tutkimus lisää tietoa kasvi-patogeeni- interaktiosta ja sitä voidaan tulevaisuudessa käyttää hyväksi esimerkiksi diagnostiikassa, resistenttien perunalajikkeiden jalostuksessa tai viljely- ja varastointiolosuhteiden parantamisessa.

Molecular methods for the epidemiological analysis of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Streptococcus pneumoniae

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Streptococcus pneumoniae are major health problems worldwide, both found in symptomless carriage but also causing even life-threatening infections. The aim of this thesis was to characterise MRSA and S. pneumoniae in detail by using several molecular typing methods for various epidemiological purposes: clonality analysis, epidemiological surveillance, outbreak investigation, and virulence factor analysis. The characteristics of MRSA isolates from the strain collection of the Finnish National Infectious Disease Register (NIDR) and pneumococcal isolates collected from military recruits and children with acute otitis media (AOM) were analysed using various typing techniques. Antimicrobial susceptibility testing, pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), multilocus sequence typing (MLST), spa typing, staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec) typing, and the detection of Panton-Valentine leukocidin (PVL) genes were performed for MRSA isolates. Pneumococcal isolates were analysed using antimicrobial susceptibility testing, serotyping, MLST, and by detecting pilus islet 1 (PI-1) and 2 (PI-2) genes. Several international community- and hospital-associated MRSA clones were recognised in Finland. The genetic diversity among MRSA FIN-4 isolates and among FIN-16 isolates was low. Overall, MRSA blood isolates from 1997 to 2006 were genetically diverse. spa typing was found to be a highly discriminatory, rapid and accurate typing method and it also qualifies as the primary typing method in countries with a long history of PFGE-based MRSA strain nomenclature. However, additional typing by another method, e.g. PFGE, is needed in certain situations to be able to provide adequate discrimination for epidemiological surveillance and outbreak investigation. An outbreak of pneumonia was associated with one pneumococcal strain among military recruits, previously healthy young men living in a crowded setting. The pneumococcal carriage rate after the outbreak was found to be exceptionally high. PI-1 genes were detected at a rather low prevalence among pneumococcal isolates from children with AOM. However, the study demonstrated that PI-1 has existed among pneumococcal isolates prior to pneumococcal conjugate vaccine and the increased antimicrobial resistance era. Moreover, PI-1 was found to associate with the serotype rather than the genotype. This study adds to our understanding of the molecular epidemiology of MRSA strains in Finland and the importance of an appropriate genotyping method to be able to perform high-level laboratory-based surveillance of MRSA. Epidemiological and molecular analyses of S. pneumoniae add to our knowledge of the characteristics of pneumococcal strains in Finland.