1. Mutation + Rekombination
2. Selektion
3. genetische Drift
1. Mutation + Rekombination
2. Selektion
3. genetische Drift
60ST10 GAT ACA AAA GTA GTA CAA GAA CCT AAG ATA TCA AAG AAG TCT AAT AGT AAA GAC TTT TCTST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .C. ... ... ... ...ST9 ... ... ... ... ... ... ..G ... ..A ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ... ... .C. ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ..T ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... .T. ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... .T. ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... T.. ... ... ..G ... ..A ... ..G ... ... ... ... .C. ... ..T C.. ...
120ST10 TCA TCA CAA GAG TTA TTC GGT TTT GAC GAA GCT ATG CTA ATT ACA GCA AAA GAA GAT GAGST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST9 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ..T ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ..T ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... ... ... ..T ... ... ..T ... ..G ... ..G ... ... ... ... ... ... ...
180ST10 GAA TAC TCT TTT GGT TTA CCG TTA AAA GAA AAA TAT GTT TTT GAT AGT TTT GTT GTT GGAST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST9 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... ... ..C ... ..A ... ... ... ... ... ... ... ..C ..C ... ..A ... ...
240ST10 GAT GCT AAC AAA ATT GCT AGA GCA GCA GCT ATG CAG GTA TCG ATA AAT CCA GGT AAA TTAST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST9 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ..G ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ..G ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ..G ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ..G ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ..G ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ..G ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ..T ... ... ..G
300ST10 CAT AAC CCT TTA TTC ATT TAT GGT GGT AGT GGT TTA GGT AAA ACT CAC TTA ATG CAA GCAST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST9 T.. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... ... ... ..C ... ... ... ... ... ... ..A ... ... ... ... ... ... .
360
ST10 ATA GGT AAT CAT GCA AGA GAA GTT AAT CCT AAT GCC AAA ATT ATT TAT ACA AAT TCA GAAST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST9 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..T ... ... ..C ... ... ... ... ...
420ST10 CAA TTT ATT AAA GAT TAT GTA AAT TCT ATT CGT TTA CAA GAT CAA GAT GAG TTT CAA AGA ST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST9 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST8 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...ST13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... C.. ... ... ... ... ..A ... ... ...
470ST10 GTT TAT AGA TCT GCG GAT ATA CTT TTG ATT GAT GAT ATT CAA TTT ATT GCTST11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ...ST3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ST9 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ...ST8 ... ... ... ... ..A ... ..T ... C.T ..A ... ... ... ... ... ..C ...ST1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ...ST12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ...ST6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ... ... ... ..C ...ST16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ... ... ... ..C ...ST7 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ... ... ... ..C ...ST2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ... ... ... ..C ...ST14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..C ... ... ... ..C ...ST13 ... ... ... ... ..A ... ..T ... C.T ..A ... ... ... ..G ... ..C ...
Variabilität einer Gen-Sequenz
?
klonale Vermehrung
Gene mit Mosaikstruktur
Populationsgenetik von Bakterien
Multilocus-Enzym-Elektrophorese (MLEE)
die wichtigsten Methoden:
70er bis 90er Jahre
Multilocus-Sequenz-Typisierung (MLST) seit 1998
genomweite SNPs seit 2003
Multilocus-Enzym-Elektrophorese (MLEE)
Bakterienkultur
Enzym-Extraktion
Gelelektrophorese
spezifische Enzymfärbung
Multilocus-Enzym-Elektrophorese (MLEE)
Mannitol 1-Phosphat Dehydrogenase
Glucose 6-Phosphat Dehydrogenase
Malat Dehydrogenase
MLEE -- Assoziation der Allele
Allelprofile
Allel-HäufigkeitenDistanzmatrix
beobachtete Varianz:
Vobs
ohne Kopplung der Alleleerwartete Varianz:
Vexp
Assoziations-Index:
Vobs >> Vexp
Vobs = Vexp
Kopplungsgleichgewicht:
IA = Vobs/Vexp -1
IA = 0
IA >> 0
Kopplungsungleichgewicht:
(entsteht durch freie Rekombination; z. B. Neisseria gonorrhoeae)
MLEE -- Assoziation der Allele
IA >> 0Kopplungsungleichgewicht
entsteht durch:
geringe Rekombinationsrate (z. B. E. coli, Salmonella spp.)
unterteilte Populationen(z. B. "Rhizobium meliloti")
epidemische Populationsstruktur(z. B. Neisseria meningitidis)
MLST -- eBURST-Algorithmus
Punktmutation
Rekombination
neues Allel mit einem neuen Nucleotid
innerhalb klonaler Komplexe gilt näherungsweise:
neues Allel mit mehreren Unterschieden, kann in verschiedenen STs auftreten
Vergleich Founder : SLVs r / m
Rekombinationsraten in verschiedenen Species
Staphylococcus aureus
r/m
0,1
Neisseria meningitidis 10
Streptococcus pneumoniae 5
Mycobacterium tuberculosis 0,0
trotz Rekombination können vorübergehend 'Klone' existieren
klonale Komplexe und Virulenz
= virulente Klone
an Fortpflanzung gebunden optional
zwei haploide Zellen verschmelzen zu einer diploiden
kleiner Teil (100-1000 Basen) des Donor-Genoms wird in Rezipienten-Genom aufgenommen
nur innerhalb einer Art auch zwischen entferntenVerwandten
Rekombination: Unterschiede zwischen
'höheren' Eukaryonten Prokaryonten+
Nature Genetics Reviews 2: 634 (2001)