Einsatz moderner Sequenziertechniken für die Analyse des porzinen Darmmikrobioms und zur detaillierten Pathogencharakterisierung

Der technologische Fortschritt im Bereich Hochdurchsatzsequenzierung und die begleitende rasante Entwicklung im Bereich Datenanalyse und Bioinformatik gestatten uns heute Metagenomanalysen in bislang nie erreichter Qualität und Detailschärfe. Dabei lassen sich sowohl die mikrobiellen Gemeinschaften eines bestimmten Lebensraums darstellen als auch neue Mikroorganismen oder Pathogene identifizieren und charakterisieren. Darüber hinaus ermöglicht die Metganomanalyse in Kombination mit weiteren „Omics“-Technologien auch die funktionellen Aspekte der Lebensgemeinschaften zu erfassen und so zum Gesamtverständnis von ökologischen und patho-biologischen Zusammenhängen beizutragen. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Studien in der Nutz- und Modelltierart Schwein widmeten sich zwei Aspekten der oben genannten Ansätze, d.h. der Optimierung und Anwendung sogenannter „Meta-Omics“ Abläufe zur Charakterisierung des porzinen Darmmikrobioms und der Detailcharakterisierung eines aktuellen Falles der porzinen epidemischen Diarrhoe und begleitender Koinfektionen. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde mit interdisziplinären Partnern eine integrierte Probenvorbereitung für tiefgefrorene Kotproben entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass die Bearbeitung schockgefrorener Proben mittels mechanischer Desintegration („CryoPrep“) alle nachfolgenden Meta-Omics-Ansätze und -Analysen in hoher Qualität gestattet. Darüber hinaus konnte das natürliche Darmmikrobiom heranwachsender Schweine charakterisiert werden. Die untersuchten Kot- und Dickdarmproben waren dabei so ähnlich, dass die nichtinvasive Kotuntersuchung auch für weitere Studien zur infektionsbedingten Auslenkung des Darmmikrobioms zur Anwendung kommen kann. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Metagenomanalyse dazu verwendet, das Wiederauftreten der porzinen epidemischen Diarrhoe in Deutschland zu untersuchen. Hierbei lag der Fokus vor allem auf der genetischen Charakterisierung des kausativen viralen Erregers sowie dessen mögliche phylogenetische Einordnung. Es konnte gezeigt werden, dass die ursächlichen Virusstämme ein eigenes, neues Cluster innerhalb der sogenannten S-INDEL-Stämme bilden. Zwei Stämme aus Ungarn und ein Stamm aus Frankreich aus dem Jahr 2019 zeigten Übereinstimmungen von über 99,5 % zu diesen deutschen Stämmen, so dass davon auszugehen ist, dass das Virus weiter in Europa zirkulierte und sich in eine ähnliche Richtung entwickelte. Des Weiteren wurde ein Picobirnavirus im Kot der erkrankten Schweine gefunden, dessen Potential als Pathogen noch weiterer Klärung bedarf.

Technological progress in the field of high-throughput sequencing and the accompanying rapid development in the field of data analysis and bioinformatics now allow us to perform metagenomic analyses with a quality and level of detail never before achieved. This allows us to represent the microbial communities of a particular habitat as well as to identify and characterize new microorganisms or pathogens. In addition, metagenome analysis in combination with other "omics" technologies also allow the functional aspects of the communities to be captured and thus contribute to the overall understanding of ecological and patho-biological relationships. The studies presented here for the livestock and model species pig were dedicated to two aspects of the above approaches, i.e., the optimization and application of socalled "meta-omics" workflows to characterize the porcine gut microbiome, and the detailed characterization of a recent case of porcine epidemic diarrhea and concomitant co-infections. In the first part of the present work, an integrated sample preparation for frozen fecal samples was developed with interdisciplinary partners. It could be shown that processing shock-frozen samples by mechanical disintegration (“CryoPrep”) allows all subsequent meta-omics approaches and analyses in high quality. Furthermore, the natural gut microbiome of growing pigs could be characterized. The examined fecal and large intestine samples were so similar that the non-invasive fecal analysis can also be applied for further studies on infection-related deflection of the gut microbiome. In the second part of the work, metagenomic analysis was used to investigate the re-emergence of porcine epidemic diarrhea in Germany. Here, the focus was mainly on the genetic characterization of the causative viral pathogen as well as its possible phylogenetic classification. It could be shown that the causative viral strains form a separate, new cluster within the so-called S-INDEL strains. Two strains from Hungary and one strain from France in 2019 showed matches of more than 99.5% to these German strains, so it can be assumed that the virus continued to circulate in Europe and evolved in a similar direction. Furthermore, a picobirnavirus was found in the feces of the diseased pigs, and its potential as a pathogen requires further clarification.

Files

Cite

Citation style:
Could not load citation form.

Access Statistic

Total:
Downloads:
Abtractviews:
Last 12 Month:
Downloads:
Abtractviews:

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved