Charakterisierung der Multidrug-Efflux-Transporter NorM und AcrAB in Erwinia amylovora

Pflanzen sind permanent phytopathogenen Mikroorganismen ausgesetzt. Jedoch wird eine Erkrankung meistens durch die pflanzliche Abwehr vereitelt. Ein wichtiger Abwehrmechanismus ist die Synthese toxischer Sekundärmetabolite, die an der Infektionsstelle gebildet und freigesetzt werden. In einer kompat...

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Main Author: Burse, Antje
Contributors: Prof. Dr. M. S. Ullrich (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
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Description
Summary:Pflanzen sind permanent phytopathogenen Mikroorganismen ausgesetzt. Jedoch wird eine Erkrankung meistens durch die pflanzliche Abwehr vereitelt. Ein wichtiger Abwehrmechanismus ist die Synthese toxischer Sekundärmetabolite, die an der Infektionsstelle gebildet und freigesetzt werden. In einer kompatiblen Pathogen-Pflanzen-Interaktion muss das Pathogen der Wirkung dieser Toxine widerstehen. Dabei kann eine Akkumulation der Toxine in der Zelle durch aktiven Efflux verhindert werden. Dieser erfolgt beispielsweise durch Multidrug-Efflux-Proteine, die unspezifisch ein breites Spektrum an Substanzen aus der Zelle schleusen. Dass Multidrug-Efflux-Pumpen für die Virulenz von Bedeutung sind, konnte bisher nur bei pilzlichen Pathogenen gezeigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Tranporter, AcrAB und NorM, in dem Gram-negativen Bakterium E. amylovora, dem Erreger des Feuerbrandes an Rosengewächsen, identifiziert sowie genetisch und biochemisch charakterisiert. AcrAB gehört der RND-Familie und NorM der MATE-Familie sekundärer Transporter an. Das AcrAB-Transportsystem aus E. amylovora exportiert unterschiedliche lipophile und amphiphile Substanzen. Im Gegensatz zu NorM, für das hydrophobe Kationen als Substrat nachgewiesen wurden, besitzt AcrAB ein breiteres Substratspektrum. Virulenztests an Apfelpflanzen zeigten eine verminderte Virulenz der acrB-Mutante im Vergleich zum Wildtyp. Erstmals deutet dies daraufhin, dass ein Multidrug-Efflux-Protein bei einer Bakteriose eine Rolle spielt. Apfelblattextrakte besaßen eine Hemmwirkung auf die acrB-Mutante, die weder beim Wildtyp noch bei der norM-Mutante auftrat. Zugabe der Phytoalexine Phloretin, Quercetin, Naringenein und (+)-Catechin bewirkten ein deutlich vermindertes Wachstum der acrB-Mutante. Weiterhin konnte eine ~3fache Induktion der acrAB-Transkription durch Phloretin nachgewiesen werden. Mit AcrAB wurde somit ein Multidrug-Efflux-Tranporter als Virulenzfaktor eines bakteriellen Phytopathogens identifiziert, der durch ein Phytoalexin induzierbar ist. Im Gegensatz dazu scheint NorM eine Funktion während der epiphytischen Besiedlung der Wirtspflanze in der Konkurrenz mit anderen Mikroorganismen zu besitzen. Es konnte eine deutliche Hemmung der norM-Mutante durch Antibiotika des epihytischen Bakteriums P. agglomerans nachgewiesen werden. Da der Epiphyt und das Pathogen im selben Habitat vorkommen, hat sich möglicherweise in E. amylovora durch koevolutive Prozesse ein Resistenzmechanismus gegen die Toxine von P. agglomerans in Form des Multidrug-Effluxes entwickelt. Des weiteren wurde eine ~2fach induzierte Genexpression von norM bei 18°C im Vergleich zu 28°C ermittelt. In gemäßigten Klimazonen korreliert niedrige Temperatur mit hoher Luftfeuchte und der Bildung von Wasserfilmen auf Pflanzenoberflächen, die eine Bewegung des Pathogens zu natürlichen Öffnungen oder Verwundungen ermöglicht. Durch niedrige Temperaturen werden somit günstige Bedingungen für die Besiedlung der Pflanze durch E. amylovora, gleichzeitig aber auch die Notwendigkeit zur Konkurrenz mit anderen Mikroorganismen, wie z. B. P. agglomerans, erzeugt.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2003.0127