Natural transformation and recombination in Helicobacter pylori

Bacterien kennen geen geslachtelijke voortplanting, ze hebben altijd een “ouder” in plaats van twee. Ze kunnen dus tijdens de voortplanting niet kruisen. Om toch erfelijke eigenschappen te kunnen uitwisselen hebben ze andere methoden. De maagbacterie Helicobacter pylori kan dit bijvoorbeeld doen door DNA dat in de omgeving aanwezig is (“vrij DNA”) op te nemen, een proces dat transformatie heet. Dit vrije DNA kan afkomstig zijn van een soortgenoot met net iets andere eigenschappen, en deze eigenschappen gaan dan over op de transformerende bacterie. Het doel van dit promotie onderzoek was ten eerste het in kaart brengen van het systeem dat het DNA over de celwand van H. pylori heen kan transporteren, en ten tweede het effect van transformatie op de soort H. pylori te onderzoeken. In hoofdstuk twee worden daarom twee H. pylori-stammen beschreven die langere tijd samen in een maag hebben geleefd. Onderzoek aan deze stammen maakte duidelijk dat er verschillende stukken DNA van de ene op de andere stam waren overgegaan. Het grootste stuk DNA dat in een keer van de ene naar de andere stam is gegaan moet tenminste 1.700 baseparen lang geweest zijn, voldoende om minimaal een intact gen over te dragen. In hoofdstuk 3 wordt in het genoom van H. pylori gezocht naar genen die homologie vertonen met (=lijken op) genen die in andere bacteriesoorten een rol spelen bij transformatie. Dit levert een aantal genen op. Proeven met H. pylori stammen (“mutanten”) waarin deze genen kapot gemaakt zijn, levert een mutant op die niet meer kan transformeren. Hiermee is aangetoond dat het betreffende gen, dprA genaamd, noodzakelijk is voor H. pylori om te transformeren. Onderzoek aan genomen van andere bacterien maakt duidelijk dat vrijwel iedere bacteriesoort een soortgelijk gen heeft, maar wat het gen precies doet is onbekend. In hoofdstuk 4 wordt de rol van de dprA genfamilie in meer detail onderzocht. Hierbij wordt ten eerste bewezen dat een dprA van de bacteriesoort Escherichia coli de rol van dprA in de soort Haemophilus influenzae kan overnemen, en dat dprA genen in verschillende soorten dus eenzelfde functie hebben. Ondanks verdere proeven aan dprA blijft de exacte functie van dprA onbekend. In hoofdstuk 5 wordt opnieuw gezocht naar genen die nodig zijn voor transformatie. In tegenstelling tot hoofdstuk 3 niet door te kijken naar genen die lijken op bekende ‘transformatiegenen’ uit andere bacteriesoorten, maar door willekeurig genen in H. pylori bacterien uit te schakelen en te kijken welke uitschakeling leidt tot een mutant die niet meer in staat is tot transformatie. Dit levert opnieuw een transformatiegen op: comH. In tegenstelling tot dprA hebben andere bacteriesoorten geen op comH gelijkende genen: comH is uniek voor H. pylori. Het gen codeert waarschijnlijk voor een eiwit dat aan de buitenzijde of in de celwand van de bacterie is gelegen. Dit suggereert dat het betrokken is bij het proces van DNA transport door de celwand. In hoofdstuk 6 wordt het fenomeen ‘palindrome avoidance’ onderzocht. Palindrome avoidance betekent dat palindromische DNA-sequenties in bacterien minder vaak voorkomen dan je zou verwachten op grond van kansberekening. De reden hiervoor is onbekend, maar een van de mogelijke verklaringen is gelegen in enzymen die DNA kapotknippen: deze knippen meestal in een specifieke sequentie en dat is vrijwel altijd een palindromische sequentie. Omdat het knippen van DNA potentieel dodelijk is voor de cel, zou dat een reden kunnen zijn waarom palindromen erg weinig voorkomen. Om deze hypothese te testen zijn twee H. pylori stammen, die verschillende DNA-knippende eiwitten bevatten, onderzocht op palindrome avoidance. Er was echter geen correlatie tussen de aanwezigheid van enerzijds een DNA-knippend enzym en anderzijds de palindrome avoidance van het palindroom dat hierdoor geknipt wordt. De hypothese is dus waarschijnlijk onjuist in H. pylori.