Comparative proteomic and genomic analysis of Flavobacterium johnsoniae-like biofilm, planktonic and agar surface-associated cells
Date
2010-03
Authors
Flemming, Leonard
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : University of Stellenbosch
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Pathogenic Flavobacterium spp. cause serious disease outbreaks in a variety
of farmed fish, which lead to large economic losses in the aquaculture industry
on an annual basis. The ability of Flavobacterium johnsoniae-like isolates to
grow as surface-associated communities (biofilms) in aquaculture systems
poses a threat to fish health over extended periods of time. The biofilmforming
ability of 28 F. johnsoniae-like isolates obtained from diseased fish
were correlated with their chitin-degrading abilities and extracellular
carbohydrate complexes (ECC) and their pulsed-field gel electrophoresis
(PFGE) genotypes. Physiological changes in the proteome of 5 day
planktonic, biofilm and agar surface-associated cultures of F. johnsoniae-like
isolates YO12 and YO64 were analyzed by two-dimensional (2-D) gel
electrophoresis and 17 differentially expressed and 14 uniquely expressed
proteins were identified using matrix-assisted laser desorption ionization-time
of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). Thirty-two differentially
expressed genes in 5 day biofilm and agar surface-associated cultures of F.
johnsoniae-like isolates YO12 and YO64 were identified using suppression
subtractive hybridization (SSH). Significant negative correlations were
observed between the chitin-degrading abilities and ECC and the biofilmforming
capacity of 24 h biofilm cultures of F. johnsoniae-like isolates.
Genetic heterogeneity was displayed by the F. johnsoniae-like isolates
following PFGE. A significant positive correlation was observed between
PFGE types and fish host species. Differentially and uniquely expressed
proteins identified in planktonic, biofilm and agar surface-associated phases
by 2-D/MS as well as differentially expressed genes identified in the biofilm
and agar surface-associated phases by SSH were categorized as being
involved in adaptation/protection, metabolic processes, membrane/transport/
motility and transcription/ translation. As far as we know, this is the first report
on the characterization of differentially expressed genes and gene products of
F. johnsoniae-like isolates obtained from diseased fish in South Africa.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Patogene Flavobacterium spp. veroorsaak ernstige infeksie uitbrake in ’n verskeidenheid gekweekte vissoorte, wat jaarliks tot groot ekonomiese verliese in die akwakultuur bedryf lei. Die vermoë van Flavobacterium johnsoniae-tipe isolate om as oppervlak-gehegde gemeenskappe (biofilms) in akwakultuur sisteme te groei bedreig visgesondheid oor verlengde periodes. Die vermoë van 28 F. johnsoniae-tipe isolate om biofilms te vorm is vergelyk met hul vermoë om chitien te degradeer, die profiel van hul ekstrasellulêre koolhidraat komplekse (EKK) en bandpatrone verkry met puls-veld jel elektroforese (PVJE). Fisiologiese veranderinge in die proteoom van 5-dagoue planktoniese-, biofilm- en agar oppervlak-geassosieerde kulture van F. johnsoniae-tipe isolate YO12 en YO64 is met twee-dimensionele (2-D) jel elektroforese geanaliseer. Sewentien differensieël uitgedrukte en 14 uniek uitgedrukte proteïene is deur middel van matriks-geassisteerde laser desorpsie ioniserings-tyd van vlug-massa spektrometrie (MGLDI-TVV MS) geïdentifiseer. Twee-en-dertig differensieël uitgedrukte gene in 5-dag-oue biofilm- en agar oppervlak-geassosieerde kulture van F. johnsoniae-tipe isolate YO12 en YO64 was deur middel van suppressie afgetrokke hibridisasie (SAH) geïdentifiseer. Beduidende negatiewe korrelasies is tussen die chitin-degraderings vermoë en EKK en die biofilm-vormings kapasiteit van 24-uur-oue biofilm kulture van F. johnsoniae-tipe isolate waargeneem. Resultate verkry met PVJE het die heterogene samestelling van F. johnsoniae-tipe isolate uitgewys. ‘n Beduidende positiewe korrelasie is tussen PVJE groeperings en vis gasheer spesie waargeneem. Differensieël en uniek uitgedrukte gene geidentifiseer in die planktoniese-, biofilm- en agar oppervlak-geassosieerde fases is deur middel van 2-D/MS asook differensieël uitgedrukte gene geïdentifiseer in die biofilm en agar oppervlakgeassosieerde fases deur middel van SAH was as betrokke by aanpassing/beskerming, metaboliese prosesse, membraan/vervoer/ beweeglikheid en transkripsie/translasie gekategoriseer. Sover bekend is hierdie die eerste beskrywing van differensieël uitgedrukte gene en geenprodukte van F. johnsoniae-tipe isolate afkomstig van geinfekteerde vis in Suid Afrika.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Patogene Flavobacterium spp. veroorsaak ernstige infeksie uitbrake in ’n verskeidenheid gekweekte vissoorte, wat jaarliks tot groot ekonomiese verliese in die akwakultuur bedryf lei. Die vermoë van Flavobacterium johnsoniae-tipe isolate om as oppervlak-gehegde gemeenskappe (biofilms) in akwakultuur sisteme te groei bedreig visgesondheid oor verlengde periodes. Die vermoë van 28 F. johnsoniae-tipe isolate om biofilms te vorm is vergelyk met hul vermoë om chitien te degradeer, die profiel van hul ekstrasellulêre koolhidraat komplekse (EKK) en bandpatrone verkry met puls-veld jel elektroforese (PVJE). Fisiologiese veranderinge in die proteoom van 5-dagoue planktoniese-, biofilm- en agar oppervlak-geassosieerde kulture van F. johnsoniae-tipe isolate YO12 en YO64 is met twee-dimensionele (2-D) jel elektroforese geanaliseer. Sewentien differensieël uitgedrukte en 14 uniek uitgedrukte proteïene is deur middel van matriks-geassisteerde laser desorpsie ioniserings-tyd van vlug-massa spektrometrie (MGLDI-TVV MS) geïdentifiseer. Twee-en-dertig differensieël uitgedrukte gene in 5-dag-oue biofilm- en agar oppervlak-geassosieerde kulture van F. johnsoniae-tipe isolate YO12 en YO64 was deur middel van suppressie afgetrokke hibridisasie (SAH) geïdentifiseer. Beduidende negatiewe korrelasies is tussen die chitin-degraderings vermoë en EKK en die biofilm-vormings kapasiteit van 24-uur-oue biofilm kulture van F. johnsoniae-tipe isolate waargeneem. Resultate verkry met PVJE het die heterogene samestelling van F. johnsoniae-tipe isolate uitgewys. ‘n Beduidende positiewe korrelasie is tussen PVJE groeperings en vis gasheer spesie waargeneem. Differensieël en uniek uitgedrukte gene geidentifiseer in die planktoniese-, biofilm- en agar oppervlak-geassosieerde fases is deur middel van 2-D/MS asook differensieël uitgedrukte gene geïdentifiseer in die biofilm en agar oppervlakgeassosieerde fases deur middel van SAH was as betrokke by aanpassing/beskerming, metaboliese prosesse, membraan/vervoer/ beweeglikheid en transkripsie/translasie gekategoriseer. Sover bekend is hierdie die eerste beskrywing van differensieël uitgedrukte gene en geenprodukte van F. johnsoniae-tipe isolate afkomstig van geinfekteerde vis in Suid Afrika.
Description
Thesis (PhD(Microbiology))--University of Stellenbosch, 2010.
Keywords
Pathogenic Flavobacterium spp., Biofilms, F. johnsoniae-like biofilms, Fish diseases, Dissertations -- Microbiology, Theses -- Microbiology, Planktonic cells, Gene expression