Phenotypic and genotypic characteristics of bacteria of genus Arcanobacterium with the emphasis on the characterization of four newly described Arcanobacterium species

• Main Author: Sammra, Osama
• Other Authors: Institut für Pharmakologie und Toxikologie
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Justus-Liebig-Universität Gießen 2018
• Subjects: Agriculture; muskox
• Online Access: http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hebis:26-opus-136730; http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2018/13673/

In the present study seven A. haemolyticum strains isolated from a donkey and human patients, 15 A. pluranimalium strains from ovine, bovine and giraffe origin and from a muskox and 12 strains from miscellaneous origins representing the four novel species A. canis, A. phocisimile, A. pinnipediorum and A. wilhelmae together with reference strains of the hitherto described nine species of genera Arcanobacterium and Trueperella were investigated. The four novel species of genus Arcanobacterium, namely A. canis, A. phocisimile, A. pinnipediorum and A. wilhelmae, newly described in the present study, were isolated from a dog, from harbor seals and from a rhinoceros, respectively and were characterized based on a polyphasic taxonomic approach. This included a comparative 16S rRNA gene phylogenetic tree analysis, DNA-DNA hybridization, determination of DNA-based ratio and chemotaxonomical investigations by fatty acid, menaquinone and polar lipid composition analysis. All 34 strains investigated in the present study, representing six different species of genus Arcanobacterium, were characterized phenotypically by traditional microbiological methods including morphological, physiological and biochemical properties and by MALDI-TOF MS analysis. A molecular DNA-based investigation was performed by 16S rDNA sequence analysis, by sequencing 16S-23S rDNA intergenic space region (ISR), 23S rDNA and the genes encoding the B-subunit of bacterial RNA polymerase (rpoB), glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (gap) and elongation factor tu (tuf). The additionally performed PCR-mediated amplification of seven genes encoding the potential virulence factors aranolysin, phospholipase D, hemolysin A, CAMP factor family protein, collagen binding protein, neuraminidase A and neuraminidase H of the A. haemolyticum investigated in the present study allowed an individual strain characterization. Moreover, A. pluranimalium could additionally be characterized by the species-specific and newly described gene pla encoding pluranimaliumlysin. This might help to clarify the pathogenic role such putative virulence factors play in infections caused by these bacterial species. A. haemolyticum is well known for its disease-causing role in humans, rarely in animals. However, A. pluranimalium, A. canis, A. phocisimile, A. pinnipediorum and A. wilhelmae were isolated in the present study as mixed culture with several other pathogenic and non-pathogenic bacteria indicating that the pathogenic importance of these species needs to be elucidated. In der vorliegenden Studie wurden sieben A. haemolyticum-Stämme, isoliert von einem Esel und Humanpatienten, 15 A. pluranimalium-Stämme, isoliert von Schafen, Rindern, einer Giraffe sowie einem Moschusochsen, 12 weitere Stämme verschiedener Herkunft mit Vertretern der vier neu beschriebenen Arten A. canis, A. phocisimile, A. pinnipediorum und A. wilhelmae zusammen mit den Referenzstämmen der bisher beschriebenen 9 Arcanobacterium- und Trueperella-Spezies untersucht. Die vier Spezies der Gattung Arcanobacterium, nämlich A. canis, isoliert von einem Hund, A. phocisimile und A. pinnipediorum, isoliert von Seehunden sowie A. wilhelmae, isoliert von einem Nashorn, konnten in der vorliegenden Studie auf der Basis eines polyphasisch-taxonomischen Ansatzes als neue Arten beschrieben werden. Die Untersuchungen umfassten eine vergleichende phylogenetische Analyse des 16S rRNA-Gens, die DNA-DNA-Hybridisierung, die Bestimmung der DNA-basierten Basenverhältnisse und chemo-taxonomische Untersuchungen wie Fettsäure-, Menachinon- und polare Lipidanalysen. Alle 34 untersuchten Stämme der Gattung Arcanobacterium, dies beinhaltete 6 unterschiedliche Spezies, wurden phänotypisch mit traditionellen mikrobiologischen Methoden, einschließlich morphologischer, physiologischer und biochemischer Eigenschaften, untersucht und zusätzlich mittels MALDI-TOF MS-Analysen charakterisiert. Die auf DNA-Ebene basierenden Untersuchungen umfassten eine 16S-rDNA-Sequenzanalyse, die Sequenzierungen der 16S-23S rDNA intergenic spacer-Region (ISR), des 23S rDNA-Gens sowie die Gene der B-Untereinheit der bakteriellen RNA-Polymerase, der Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenase und des Elongationsfaktors tu, rpoB, gap und tuf. Die zusätzlich durchgeführte PCR-vermittelte Amplifikation von sieben Genen der potentiellen Virulenzfaktoren Arcanolysin, Phospholipase D, Hämolysin A, CAMP-Faktor-Family-Protein, Kollagenbindungsprotein, Neuraminidase A und Neuraminidase H der A. haemolyticum-Kulturen der vorliegenden Studie ermöglichte eine individuelle Stammcharakterisierung. Darüber hinaus konnte A. pluranimalium zusätzlich durch das speziesspezifische und neu beschriebene Pluranimaliumlysin kodierende Gen pla charakterisiert werden. Dies könnte helfen, die pathogene Bedeutung dieser mutmaßlichen Virulenzfaktoren bei bakteriellen Infektionen zu klären. A. haemolyticum ist bekannt für seine krankheitsverursachende Rolle beim Menschen, seltener bei Tieren. Da die A. pluranimalium, A. canis, A. phocisimile, A. pinnipediorum und A. wilhelmae Kulturen aus Mischkulturen mit verschiedenen anderen pathogenen und nichtpathogenen Bakterien isoliert wurden blieb die pathogene Bedeutung dieser Spezies bislang allerdings noch unklar.