Object

This publication is protected and can be accessed only from certain IPs.
This publication is protected and can be accessed only from certain IPs.

Title: Dyskryminacja krewniacza i terytorializm szczepów Proteus mirabilis oraz ich z zróżnicowanie genetyczne i fenotypowe

Abstract:

Proteus mirabilis is a Gram-negative bacterium associated with urinary tract infections. The bacterium is know from its swarming motility, the ability of cells to migrate over solid surfaces. The feature is considered to be the virulence factor of P. mirabilis. At the same time, it is related to the ability of strains to identify related (kin) cells, which is referred to as the Dienes phenomenon. The strains belonging to two different Dienes types compete with each other, and the interactions lead to the elimination of unrelated cells. Proteins transported between cells through the type VI secretion system are responsible for this effect. The Dienes phenomenon is an example of territorialism based on mechanisms classified as bacterial kin discrimination. Kin discrimination allows for the elimination of genetically distinct cells. There are no comprehensive data on genetic diversity of P. mirabilis in the aspect of kin discrimination of this species. Additionally, although the presence of seven sets of genes potentially involved in the identification of kin between strains was indicated, their genetic conservatism was not determined. Moreover, despite the observation of the dominance of one of the competing strains, it is noticeable that the studies so far have been carried out using only a few strains or the mutant/wild-type system. It has not been determined whether in a larger group of strains, the presence of strains predisposed to a dominance over the others can be indicated. Also, the relationship between the territoriality of the strains and the phenotypic diversity (including the virulence factors) has not been studied. For this reason, the first goal of the presented studies, caried out on two groups of genomic sequences (obtained as part of the sequencing of the genetic material of the strains owned and obtained from public databases) was the phylogenetic analysis of the genome sequences of P. mirabilis and investigation of the pan-genome, as well as the comparison of the results of this analysis with : 1) diversity of genes clusters responsible for kin discrimination, 2) pattern of kinship of strains determined in laboratory conditions. Another goal was to assess the potential of P. mirabilis strains to competition and to determine the relationship between their territorialism and the intensity of selected virulence factors. As part of the presented research, a collection of 21 strains of P. mirabilis was characterized in terms of the relationship between them. A group of five strains showing Dienes relatedness was distinguished, while the other strains competed with each other.
Strains were also assigned a level of competitiveness based on how often they dominated the rest. Strains predisposed to dominate the others and those that were losing the competition were indicated. Then, the genomic DNA of the strains was sequenced using Next Generation Sequencing (NGS) technology. Along with 197 sequences available in public NCBI databases, they have been subjected to extensive comparative analysis using a range of bioinformatics tools. The degree of genomic relatedness between the strains was determined using the ANI coefficient, and the phylogenetic analysis based on SNPs present in the genomes was performed. Next, the P. mirabilis pan-genome was characterized and described as open. In addition, the phylogenesis of the strains was presented on the basis of the sequence of core genes (common to all studied genomes). The core genes were annotated in order to assign them potential functions. The diversity of the strains in terms of the total pool of genes encoded by their genomes (pan-genome based phylogeny) was also presented. To characterize the P. mirabilis pan-genome, an analysis of the interactions of the identified genes (gene association and dissociation) was performed and the basic panGenome Wide Association Study (panGWAS) analysis was performed. The above research was completed with the analysis of non-coding regions, intergenic regions - IGR. The conducted analyzes allowed for a wide characterization of the genetic relationship of strains, and compared to the results of the Dienes test. In the next step, the distribution of seven clusters of genes related to the identification of kinship among the studied sequences was determined and their genetic diversity was presented. Diversity of kin discrimination related genes was compared to the kinship observed in the comparative analysis of genomes and to results of the Dienes test. In the last stage of the work, the intensity of selected virulence factors was assessed in the collection of 21 P. mirabilis strains. The focus was on assessing the ability for swarming motility and biofilm formation, and the relative expression level of genes responsible for ureolytic, proteolytic and hemolytic activity. Statistical tests allowed to determine the correlation between virulence factors and territorial abilities of strains. The results of the presented research extend our understanding of the phenomenon of kin discrimination of P. mirabilis strains, both in terms of genetic variability, as well as phenotypic diversity.

Proteus mirabilis jest Gram-ujemną bakterią wiązaną z zakażeniami układu moczowego. Bakteria zdolna jest do wzrostu rozpełzłego, czyli migracji silnie urzęsionych komórek po powierzchniach stałych. Cechę uznaje się za czynnik wirulencji P. mirabilis. Jednocześnie związana jest ona ze zdolnością szczepów do identyfikacji komórek pokrewnych, co określa się terminem zjawiska Dienesa. Pary szczepów należące do dwóch różnych typów Dienesa konkurują ze sobą, a interakcje te prowadzą do eliminacji komórek niespokrewnionych. Za efekt odpowiadają białka transportowane między komórkami poprzez system sekrecji typu VI. Zjawisko Dienesa jest przykładem terytorializmu, u którego podstaw leżą mechanizmy zaliczane do bakteryjnej dyskryminacji krewniaczej (bacterial kin discrimination). Dyskryminacja krewniacza pozwala na eliminację genetycznie odrębnych komórek. W literaturze brak jest wyczerpujących danych na temat zmienności genetycznej P. mirabilis w aspekcie dyskryminacji krewniaczej tego gatunku. Dodatkowo, mimo iż wskazano na obecność siedmiu zespołów genów potencjalnie zaangażowanych w rozpoznanie pokrewieństwa między szczepami, nie określono ich konserwatyzmu. Co więcej, pomimo zaobserwowania dominacji (i w konsekwencji wyższego poziomu terytorializmu) jednego z konkurujących szczepów, zauważalne jest, że dotychczasowe badania przeprowadzono z wykorzystaniem zaledwie kilku szczepów lub układu mutant/szczep typu dzikiego. Nie zostało określone czy w większej grupie szczepów, wskazać można przypadki szczepów predysponowanych do częstszej dominacji nad pozostałymi. Również związek pomiędzy dominacją szczepu a nasileniem innymi cech fenotypowych (m.in. nasileniem czynników wirulencji) nie był przedmiotem badań. Z tego też względu, pierwszym celem badań przeprowadzonych na dwóch grupach sekwencji genomowych (uzyskanych w ramach sekwencjonowania materiału genetycznego posiadanych szczepów oraz pozyskanych z publicznych baz danych) była analiza filogenetyczna sekwencji genomowych P. mirabilis oraz struktury pan-genomu gatunku i odniesienie wyników tej analizy względem: 1) zróżnicowania zespołów genów warunkujących rozpoznawanie pokrewieństwa, 2) wzorca pokrewieństwa szczepów wyznaczonego w warunkach laboratoryjnych. Kolejnym celem była ocena potencjału szczepów P. mirabilis do konkurencji i określenie związku pomiędzy ich terytorializmem i nasileniem wybranych cech wirulencji.
W ramach prezentowanych badań kolekcja 21 szczepów P. mirabilis została scharakteryzowana pod względem występowania między nimi pokrewieństwa. Wyodrębniono grupę pięciu szczepów wykazujących pokrewieństwo Dienesa, podczas gdy pozostałe konkurowały ze sobą. Szczepom przypisano również poziom konkurencyjności, na podstawie tego jak często dominowały nad pozostałymi. Wskazano szczepy predysponowane do dominacji nad pozostałymi oraz takie, które przegrywały konkurencję.
Następnie genomowe DNA szczepów poddane zostało sekwencjonowaniu z zastosowaniem technologii sekwencjonowania następnej generacji (NGS). Wraz ze 197 sekwencjami dostępnymi w publicznych bazach danych NCBI zostały one poddane szerokiej analizie porównawczej z zastosowaniem gamy narzędzi bioinformatycznych. Określono stopień pokrewieństwa szczepów z zastosowaniem współczynnika ANI oraz przedstawiono ich filogenezę w oparciu o sekwencje genomowe. W kolejnym etapie określono i scharakteryzowano pan-genom P. mirabilis, który opisano jako otwarty. Dodatkowo przedstawiono filogenezę szczepów na podstawie sekwencji genów rdzeniowych (wspólnych dla wszystkich badanych genomów), a także poddano te geny adnotacji celem przypisania im potencjalnych funkcji. Przedstawiono również zróżnicowanie szczepów pod względem całkowitej puli genów kodowanych przez ich genomy. Celem charakterystyki pan-genomu P. mirabilis przeprowadzono analizę interakcji zidentyfikowanych genów (asocjacja i dysocjacja genów) oraz przeprowadzono podstawową analizę panGenome Wide Association Study (panGWAS). Powyższe badania uzupełniono o analizę sekwencji regionów niekodujących, intergenic regions - IGR. Przeprowadzone analizy pozwoliły na szeroką charakterystykę pokrewieństwa genetycznego szczepów, co odniesione zostało względem wyników testu pokrewieństwa Dienesa. W kolejnym kroku określono dystrybucję wśród szczepów siedmiu klastrów genów związanych z identyfikacją pokrewieństwa oraz przedstawiono ich zróżnicowanie genetyczne. Zróżnicowanie determinant pokrewieństwa odniesiono względem stopnia pokrewieństwa zaobserwowanego w analizie porównawczej genomów oraz względem pokrewieństwa Dienesa obserwowanego w warunkach laboratoryjnych. W ostatnim etapie pracy oceniono nasilenie wybranych czynników wirulencji 21 szczepów P. mirabilis. Skupiono się na ocenie zdolności do wzrostu rozpełzłego oraz formowania biofilmu, a także określono względny poziom ekspresji genów odpowiedzialnych za aktywność ureolityczną, proteolityczną oraz hemolityczną. Testy statystyczne pozwoliły na określenie korelacji pomiędzy czynnikami chorobotwórczości i zdolnościami terytorialnymi szczepów. Wyniki prezentowanych badań poszerzają wiedzę dotyczącą zjawiska dyskryminacji krewniaczej szczepów P. mirabilis, zarówno w aspekcie zmienności genetycznej, jak i zróżnicowania fenotypowego.

Additional notes:

Zawiera bibliografię ; Zawiera ilustracje ; Streszcz. ang.

Identifier:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:4934

Computer catalogue:

click here to follow the link

Language:

pol

Degree name:

doktor

Date obtained:

31.05.2022

Degree grantor:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Supervisor:

Kaca, Wiesław (1950- ) ; Czerwonka, Grzegorz (1983- ). Promotor pomocniczy

Field:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Scientific disciplines:

Nauki biologiczne

Faculty:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Type:

rozprawa doktorska

Access rights:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Publication status:

niepublikowana

Object collections:

Last modified:

Nov 24, 2022

In our library since:

Nov 24, 2022

Number of object content hits:

0

All available object's versions:

https://bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl/publication/5280

Show description in RDF format:

RDF

Show description in OAI-PMH format:

OAI-PMH

×

Citation

Citation style:

This page uses 'cookies'. More information