Aufnahme von Escherichia coli und Salmonella enterica in Pflanzen – plantinfect Teil 1

(FKZ: 2813HS027, Laufzeit: 01.04.2015- 31.09.2018)

Humanpathogene E. coli und S. enterica sind in der Lage Kulturpflanzen wie Salat über die Wurzel zu kolonisieren. Ein wichtiger Aspekt für eine erfolgreiche Kolonisierung ist dabei das Überleben der Bakterien im Boden. Im Rahmen dieses Kooperationsprojektes konnten in Bezug auf die Untersuchungen mit enterohämorrhagischen E. coli (EHEC) folgende Erkenntnisse erzielt werden:

Generell betrachtet nahmen die Populationen der getesteten EHEC Stämme unabhängig von Stamm und Bodentyp über die Versuchszeit deutlich ab, waren jedoch in der Lage mehrere Wochen im Boden zu überleben und dabei ihre Kultivierbarkeit zu erhalten. Allerdings war das Überleben von E. coli im Auenlehmboden im Vergleich zum Lehmsandboden begünstigt. Zudem wurde der Einfluss der zwei mit Adhärenz und Kolonisation assoziierten Gene hcpA und iha auf das Invasionsvermögen der Bakterien untersucht. Hierzu wurden Infektionsversuche mit E. coli O157:H7 Stamm Sakai und den entsprechenden Deletionsmutanten in Feldsalat durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Deletion eines oder beider Gene keinen distinkten Effekt auf die Adhäsion der Bakterien an das Wurzelgewebe hatte. Im Gegensatz dazu war die Anzahl der in die Pflanzen aufgenommenen Bakterien in Versuchen mit den entsprechenden Deletionsmutanten signifikant reduziert, was darauf schließen lässt, dass hcpA und iha von zentraler Bedeutung für die Internalisation der Bakterien sind.

Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Salatsorte an sich sowie der Boden, in dem der Salat angebaut wird, für die Kolonisierung durch EHEC von Bedeutung sind. Die genauen Zusammenhänge zwischen Salatsorte, Bodentextur und Einfluss der Bodenmikrobiota auf das Kolonisierungsvermögen von EHEC ist noch nicht vollständig geklärt. Mit Hilfe von Transkriptomanalysen konnte zudem nachgewiesen werden, dass Flagellen und andere Oberflächenstrukturen eine fundamentale Rolle in der Interaktion von EHEC und EHEC/EAEC mit Pflanzen spielen. Außerdem scheinen diese Stämme ihre Genexpression an die Metabolisierung pflanzlicher Inhaltsstoffe anzupassen.

Im Verlauf des Projektes konnte ein Versuchsaufbau etabliert werden, der es ermöglicht die Adhärenzraten verschiedener Bakterienstämmen quantitativ zu bestimmen. Es konnte bisher kein universeller Faktor in pathogenen E. coli Stämmen gefunden werden, der zur Adhärenz an verschiedene Salatsorten befähigt. Vielmehr zeigte sich das Bild, dass es ein Zusammenspiel verschiedener Faktoren sein muss. Durch die bisherigen Untersuchungen an den pathogenen E. coli Stämmen Sakai und C227, konnten die Ecp-Fimbrien als wichtiger Faktor für die Adhärenz an allen verwendeten Salatsorten identifiziert werden.


Publikationen im Rahmen des Projektes

Eißenberger, K., Moench, D., Drissner, D., Weiss, A., Schmidt, H. 2018. Adherence factors of enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 strain Sakai influence its uptake into the roots of Valerianella locusta grown in soil. Food Microbiol. 76: 245–256.