Bakterielle Populationgenomik während der evolutiven Anpassung an Antibiotika

• Antragsteller: Professor Dr. Hinrich Schulenburg, seit 2/2016
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274364841

Dank kleine, haploide Genomen, kurze Generationszeiten und große Populationsgrößen sind Bakterien in der Lage, sich rasant an neuen Umgebungen anzupassen. Ein beeindruckendes Beispiel ist die schnelle Evolution von Antibiotikaresistenzen, die dazu führen kann, dass die meiste Resistenzen schon zwei Jahren nach der ersten klinischen Anwendung auftreten. Neulich veröffentliche Studien belegen, dass die Rate der Resistenzevolution stark beeinflusst wird von Faktoren wie Typ, Anwendungsart und Dosierung der Antibiotika. Meine eigene Arbeit zeigt, dass bestimmte Antibiotikaresistenzen schon innerhalb von 36 Stunden auftreten können. Natürliche und klinische Bakterienopulationen sind aber fast nie klonal, sodass auch populationgenetische Faktoren wie genetische Diversität, Migration und "Bottle necks" eine wichtige Rolle während der Adaption an Antibiotika spielen, z.B. während die Übertragung von resistenten Bakterien zwischen Patienten, in der Umgebung, oder zwischen Wirten im Fall der vektorübertragenen Pathogenen. Das beantragte Projekt wird anhand von kontrollierten Evolutionsexperimenten der Einfluß populationgenetischer Faktoren (Migration, genetische Diversität, Bottlenecks) auf der Rate und Mechanismen von Resistenzevolution systematisch erforschen. Der Fokus liegt auf die Populationsgenomik, was die systematische Monitoring von Genotypen während der Evolution erfordert. Dies wird meistens nicht berücksichtigt in bereits veröffentlichten Studien, wo Resistenzemechanismen erst am Ende des Experiments, nach Fixierung der Mutationen, erkundet werden. Das Vorhaben wird deswegen zu einen besseren Verständnis von Resistenzevolution in realistischen Populationen beitragen, und wird möglicherweise neue Mechanismen identifizieren, die schon während der Evolution eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse werden anhand von mathematischen Modellen weiter generalisiert.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1819: Rapid evolutionary adaptation: Potential and constraints
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Robert Beardmore; Professor Philip Caspar Rosenstiel, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Gunther Jansen, bis 1/2016