Πρωτεομική ανάλυση του φαγοσώματος του ενδοκυτταρικού παθογόνου βακτηρίου Coxiella Burnetii

Abstract

Coxiella burnetii -the causative agent of Q Fever- is an obligate intracellular bacterium, which is highly adapted for survival within the eukaryotic phagolysosome. This acidophile is the only known intracellular bacterium which manages to survive and replicate within a fully formed, acidic phagolysosome. The recent completion of the genome of the reference strain Nine Mile, revealed the basic nature of the its theoretical proteome, as well as the need for an acidic environment in order for many of its genes to be expressed. The genome of this bizarre pathogen seems to be highly dynamic, since it bears numerous mobile elements, pseudogenes and hypothetical proteins. Moreover, the completion of the Nine Mile genome opened the way towards proteomics approaches. The questions that were set in this project were raised by the unique intracellular life-cycle that this bacterium exhibits. In particular, these questions were: I. How does Coxiella burnetii survive within the host cell and especially within the inhospitable environment of the phagolysosome? II. Which are the pathogenesis mechanisms that the bacterium has developed? III. Which are the characteristic, high-abundant proteins that are being expressed by the bacterium? These questions were approached using proteomics methods. In particular, the proteomic reference map of strain Nine Mile was created in which we have identified “key” proteins in relation to the questions that were set, we have investigated proteins that are possibly secreted by the bacterium to the cytoplasm of the host cell, and finally we have isolated and investigated parasitophorous phagolysosomes.

Η Coxiella burnetii -ο αιτιολογικός παράγοντας του Πυρετού Q- είναι ένα υποχρεωτικά ενδοκυττάριο βακτήριο, το οποίο είναι εξαιρετικά προσαρμοσμένο στο να επιβιώνει μέσα στο ευκαρυωτικό φαγολυσόσωμα. Ο οξεόφιλος αυτός οργανισμός αποτελεί το μοναδικό γνωστό ενδοκυττάριο βακτήριο το οποίο καταφέρνει να επιβιώσει και να αναπτυχθεί μέσα σε ένα πλήρες σχηματισμένο, όξινο φαγολυσόσωμα. Η πρόσφατη ολοκλήρωση του γονιδιώματος του στελέχους αναφοράς Nine Mile ανέδειξε την αλκαλική φύση του θεωρητικού του πρωτεώματος, καθώς και την ανάγκη ενός όξινου περιβάλλοντος για την έκφραση πολλών γονιδίων του. Το γονιδίωμα αυτού του ιδιαίτερου παράσιτου φαίνεται να είναι πολύ δυναμικό, όπως μαρτυρά η ύπαρξη πολυάριθμων μεταθετών στοιχείων, ψευδογονιδίων και υποθετικών πρωτεϊνών. Η ολοκλήρωση του γονιδιώματος του στελέχους Nine Mile επιπλέον άνοιξε τον δρόμο για πρωτεομικές προσεγγίσεις. Τα ερωτήματα τα οποία τέθηκαν στην παρούσα μελέτη προκύπτουν από τον ιδιότυπο ενδοκυττάριο κύκλο ζωής του βακτηρίου, και ήταν τα εξής: I. Πώς επιβιώνει η Coxiella burnetii μέσα στο κύτταρο ξενιστή και δη, στο ιδιαίτερα αφιλόξενο περιβάλλον του φαγολυσοσώματος; II. Ποιοι είναι οι μηχανισμοί παθογένειας τους οποίους έχει αναπτύξει το βακτήριο; III. Ποιες είναι οι χαρακτηριστικές, υψηλής αφθονίας (high-abundant) πρωτεΐνες που εκφράζει η Coxiella; Τα παραπάνω ερωτήματα προσεγγίστηκαν με μεθόδους πρωτεομικής ανάλυσης. Συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε ο πρωτεομικός χάρτης του στελέχους Nine Mile όπου και ταυτοποιήθηκαν πρωτεΐνες «κλειδιά» σε σχέση με τα ερωτήματα που τέθηκαν, μελετήθηκαν οι πρωτεΐνες που πιθανώς εκκρίνονται από το βακτήριο στο κυτταρόπλασμα του ξενιστή, και τέλος απομονώθηκαν και μελετήθηκαν παρασιτοφόρα φαγολυσοσώματα.