In the present thesis, two projects on the use of microarray technology for molecular epidemiology of Neisseria meningitidis have been followed. The first one evaluated microarrays based on polymorphism-directed oligonucleotide design for typing of N. meningitidis adopting the multilocus sequence typing (MLST) concept. The number of oligonucleotides needed to cover all known polymorphisms was much lower compared to the number needed if a tiling strategy would have been chosen. Initial experiments using oligonucleotides 28-32 nucleotides in length, revealed that the applied hybridisation protocols were highly specific. However, despite of several optimisation steps, the rate of misidentification of oligonucleotides remained >1.8% in consecutive validation experiments using arrays representing the genetic diversity at three MLST loci. This finding led to the assumption that the high density of polymorphic sites and extensive GC-content variations at N. meningitidis MLST loci hindered the successful implementation of MLST microarrays based on polymorphism-directed oligonucleotide design. In the 1980s, the ET-15 clone emerged within the ST-11 complex of N. meningitidis. This new clone was associated with severe meningococcal disease and outbreaks world-wide. Therefore, the goal of the second project was to identify genetic differences between ET-15 strains and other ST-11 strains using whole genome microarray technology. Three genes encoding hypothetical proteins were identified to be present in all ET-15 strains but absent in other ST-11 strains. This finding together with unpublished observation from our group suggested that several genome alterations occurred before the clonal expansion of the ET-15 clone started. The role that these three genes play in the pathogenicity of the ET-15 clone is unclear. The genome comparisons revealed furthermore that studies of the ET-15 clone displayed approximately two-fold less gene content variation than ST-11 strains not belonging to the ET-15 clone. This finding is in accordance with the recent emergence and clonal expansion of the ET-15 variant. / In der vorliegenden Doktorarbeit wurden zwei Projekte zum Einsatz der microarray-Technologie in der molekularen Epidemiologie von Neisseria meningitidis bearbeitet. Im Rahmen des ersten Projektes wurde die Einsatzmöglichkeit der microarray-Technologie unter Verwendung von Oligonukleotiden, die von bekannten Polymorphismen abgeleitet waren, für die Typisierung von N. meningitidis nach dem Prinzip der Multilokus-Sequenztypisierung (MLST) untersucht. Um alle bekannten Polymorphismen abzudecken, wurde im Vergleich zu der so genannten tiling-Methode eine deutlich geringere Anzahl an Oligonukleotiden benötigt. Vorversuche mit Oligonukleotiden einer Länge von 28-32 Nukleotiden zeigten, dass unter den angewandten Hybridisierungsbedingungen eine hohe Spezifität erzielt werden konnte. Dennoch lag die durchschnittliche Fehlidentifikationsrate der Oligonukleotide von microarrays, die die genetische Diversität von drei MLST-Loci repräsentierten, trotz mehrerer Optimierungsschritte der Oligonukleotide über 1,8%. Es ist anzunehmen, dass die hohe Dichte an Polymorphismen und die große Variation des GC-Gehaltes der MLST-Loci von N. meningitidis den erfolgreichen Einsatz eines MLST-microarrays mit Oligonukleotiden, die von bekannten Polymorphismen abgeleitet waren, verhinderten. In den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts tauchte der ET-15-Klon als Abkömmling des Sequenztyp (ST-) 11-Komplexes von N. meningitidis auf. Dieser neue Klon ist assoziiert mit schweren Meningokokkenerkrankungen und weltweiten Erkrankungsausbrüchen. Deshalb war es das Ziel des zweiten Projektes dieser Arbeit, genetische Unterschiede zwischen ET-15-Stämmen und anderen ST-11-Stämmen mit Hilfe von Gesamtgenom-microarrays zu identifizieren. Drei Gene, die hypothetische Proteine kodieren, waren in allen ET-15-Stämmen vorhanden, während sie in den anderen ST-11-Stämmen fehlten. Dieses Ergebnis, zusammen mit weiteren bisher nicht publizierten Beobachtungen aus unserer Arbeitsgruppe, deutet daraufhin, dass vor der klonalen Ausbreitung des ET-15-Klons mehrere Veränderungen im Genom auftraten. Die Bedeutung dieser drei Gene für die Pathogenität des ET-15-Klons ist unklar. Die Genomvergleiche zeigten weiterhin, dass Stämme des ET-15-Klons eine nur halb so große genetische Variabilität aufwiesen wie die ST-11-Stämme, die nicht zum ET-15-Klon gehörten. Dieses Ergebnis steht in Einklang mit der erst kürzlich erfolgten klonalen Expansion der ET-15-Meningokokken.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:1141 |
| Date | January 2005 |
| Creators | Swiderek, Halina |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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