Konkurrenzkampf im Darm der Honigbienenlarve

Abbildung 8: Vergleich der für die Kapselbildung kodierenden Genclustern von verschiedenen Enterococci mit dem entsprechenden Gencluster aus M. plutonius 49.3.

Die jeweiligen Enden der dargestellten Genomsegmente sind mit Locus-tags versehen. ORFs, die potentielle Kapselproteine kodieren, sind in orange hervorgehoben. ORFs, die konservierte, hypothetische Proteine kodieren, sind in grau markiert. Nicht ausgefüllte ORFs stellen Pseudogene dar.

Bei E. faecalis konnte gezeigt werden, dass nicht alle Gene des cps-Lokus für eine Kapselbildung benötigt werden (Chowdhury et al., 2014; Hancock and Gilmore, 2002;

Thurlow et al., 2009). Auch ist bekannt, dass der cps-Lokus von E. faecium starke Variationen aufweist (Palmer et al., 2012). Die Vermutung liegt nahe, dass möglicherweise auch bei M. plutonius nicht alle Gene dieses Lokus für eine Kapselbildung notwendig sind. Welche Gene allerdings essentiell und welche nicht essentiell sind, kann anhand der vorliegenden Daten und einer vergleichenden Genomanalyse nicht abgeleitet werden. Die Überdauerungsform würde einen Vorteil darstellen, da diese Schutz vor Austrocknung im Kot der Larve bieten könnte.

1.1.2 Konkurrenzkampf im Darm der Honigbienenlarve

Im Darm der Honigbienenlarve keimt P. larvae aus und geht in das nicht-invasive, kommensalen-artige Stadium über (Poppinga & Genersch, 2015). Dabei vermehrt sich P.

larvae massiv, bis annähernd der gesamte Darm ausgefüllt ist (Abbildung 7). P. larvae ist im Gegensatz zu M. plutonius in der Lage, sich gegen bakterielle Kommensalen, Symbionten und Sekundärerreger (auch Pilze) durchzusetzen. Durch die vergleichende Genomanalyse der Stämme DSM 25719 (Genotyp ERIC I) und DSM 25430 (Genotyp ERIC II) wurden diverse NRPS und NRPS/PKS Hybridgencluster nachgewiesen, die in M.

plutonius nicht vorkommen (Kapitel B2, für eine aktualisierte Fassung siehe Abbildung 9).

Weiterführende Analysen haben gezeigt, dass drei der vier Gencluster Sekundärmetabolite kodieren, die gegen Bakterien und Pilze wirken (Kapitel B2 und B3) (Garcia-Gonzalez et al., 2014a, 2014b).

Abbildung 9: Übersicht über die in P. larvae (ERIC I und II) ermittelten NRPS und NRPS/PKS Hybridgencluster (Kapitel B2). Die Abbildung stammt aus Müller et al., 2015.

Das Bacillibactin Gencluster ist in A dargestellt. In B erkennt man ein bislang nicht näher charakterisiertes, NRPS-ähnliches Gencluster. Das Lipopeptid Gencluster von ERIC II ist zuständig für die Biosynthese von Paenilarvinen (C). Genotyp ERIC I kodiert nur einen Teil des Genclusters, dessen Sekundärmetabolit bislang unbekannt ist. D zeigt das für die Sevadicin-Biosynthese zuständige Gencluster von ERIC II. Das dazugehörige, leicht größere Gencluster von ERIC I wurde noch nicht näher erforscht. Das in ERIC I und II vorkommende, für Paenilamicin-Biosynthese verantwortliche Gencluster ist in E abgebildet. Gene, die für die Vorläuferprotein-Biosynthese zuständig sind, wurden in blau markiert, Gene die für Resistenz-/Transportproteine kodieren in orange, Gene für die transkriptionelle Regulation in rot und Gene, die für Proteine mit bislang unbekannter Funktion kodieren, in weiß. Domänen wurden unterhalb des entsprechenden Gens aufgelistet: C: Kondensationsdomäne; A: Adenylierungsdomäne; T: Thiolierungsdomäne;

TE: Thioesterasedomäne; TR: Thioesterase-Reduktase-Domäne; AMT: Klasse III Animotransferasedomäne; E: Epimerisierungsdomäne; MT: Methylierungsdomäne; KS:

Ketosynthase-Domäne; AT: Acyltransferase Domäne; KR: Ketoreduktase Domäne; ACP: Acyl-Trägerprotein.

Sevadicine zeigen antibakterielle und Paenilarvine antimykotische Aktivität (Garcia-Gonzalez et al., 2014a) (Kapitel B3). Dagegen zeigen Paenilamicine mit antibakterieller und antimykotischer Aktivität ein breites Wirkungsspektrum (Garcia-Gonzalez et al., 2014b). Mit Hilfe der Paenilarvine und Paenilamicine kann P. larvae sein Habitat gegen Nahrungskonkurrenten verteidigen. Zusätzlich besitzen Paenilarvine und Paenilamicine auch zytotoxische Aktivität. Dennoch zeigen Paenilamicin-Deletionsmutanten keinen Einfluss auf die Larvensterblichkeit (Garcia-Gonzalez et al., 2014b; Poppinga &

Genersch, 2015). Ein weiteres NRPS-Gencluster bei P. larvae (ERIC I und II) ist für die Biosynthese eines Bacillibactin- bzw. Paenibactin-artigen Siderophors zuständig (Kapitel B2) (Hertlein et al., 2014). Siderophore sollen die Eisenversorgung der Zelle in einer eisenarmen Umgebung sicherstellen (Lee et al., 2011). Wirtsorganismus und pathogene Organismen stehen in einem ständigen Konkurrenzkampf und für die meisten pathogenen Bakterien ist Eisen ein limitierender Faktor (Müller et al., 2015). Wenngleich die Rolle dieses Siderophors bei der AFB-Pathogenese ungeklärt ist und Siderophore nicht immer als Virulenzfaktoren angesehen werden (Müller et al., 2015), stellt es einen Fitnessfaktor für den Träger dar. Neben der Bindung und Aufnahme von Eisenionen über Siderophore sind auch weitere spezialisierte Eisentransportproteine von Bedeutung (Krewulak & Vogel, 2008). Dazu gehören das ABC Transportsystem FeuABC und FeoAB (Cartron et al., 2006; Miethke et al., 2006), deren Gencluster nur bei P. larvae und dem atypischen M.

plutonius Stamm DAT561 vollständig vorliegen.

Im Gegensatz zu den nicht-ribosomal gebildeten Peptiden werden Bacteriocine am Ribosom erzeugt. Der Konkurrenzkampf im Darm der Honigbienenlarve erfolgt sowohl bei der EFB als auch bei der AFB über die Bildung dieser antimikrobiellen Peptide.

Bacteriocine sind abundant und besitzen eine große Diversität (Yang et al., 2014). Laut Klaenhammer besitzen 99 Prozent aller Bakterien die genetische Ausstattung um zumindest ein Bacteriocin zu bilden (Klaenhammer, 1988). Im Genom von P. larvae DSM 25719 (ERIC I) wurden drei und im Genom von DSM 25430 (ERIC II) zwei Bacteriocin-Biosynthese-Gencluster identifiziert, die Ähnlichkeiten zu Lantibiotika besitzen (Kapitel B2). Lantibiotika sind Bacteriocine, die Aminosäuren wie Lanthionin oder B-Methyllanthionin aber auch dehydratisierte Aminosäuren enthalten (Guder et al., 2000).

Neuere Analysen zeigen sogar neun potentielle Bacteriocin-kodierende Gene oder Gencluster bei DSM 25430 (ERIC II) (Müller et al., 2015), wenngleich die Funktionalität der meisten Gene und Gencluster aufgrund von Nonsens-Mutationen und inserierten Transposasen unklar ist. Bei M. plutonius wurden sieben (typische Stämme) bzw. fünf

(atypischer Stamm) Gene bzw. Gencluster ermittelt, die für Bacteriocine und Bacteriocin-Transportproteine kodieren (Kapitel B4). Die Funktionalität der Gene bzw. Gencluster ist bisher unklar, da die Mehrzahl der Gencluster Mutationen enthält, die zu Pseudogenen führten.

Zusammenfassend kann man sagen, dass M. plutonius durch das vollständige Fehlen dieser NRPS und NRPS/PKS Hybridgencluster sowohl im Konkurrenzkampf gegen kompetitive Bakterien und Pilze im Vergleich zu P. larvae im Nachteil ist und diesen auch nicht durch die Bildung von Bacteriocinen kompensieren kann. Des Weiteren kann von einer verminderten Eisenaufnahmefähigkeit der typischen M. plutonius Stämme ausgegangen werden, weil entsprechende Gene als Pseudogene vorliegen.