Molekulare Epidemiologie und Evolution von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Staphylococcus aureus ist weltweit der häufigste Erreger nosokomialer Infektionen. Umfangreiche Populationsanalysen zeigten verschiedene Mechanismen bei der Weitergabe von genetischen Informationen. Bis vor kurzem wurde von einer vertikalen Verbreitung (Klonalität) von genetischen Informationen ausgegangen, neue Gesamtgenomanalysen deuten aber auf eine große genetische Plastizität hin, die auf einem ausgedehnten horizontalen Gentransfer (Rekombination) hinweisen. In diesem Projekt wurde die Fragestellung bearbeitet, wie sich innerhalb eines definierten Zeitraums zum einen das Kerngenom und zum anderen pathogenitätsrelevante Genombereiche dieses Erregers verändern. Die Beantwortung dieser Fragen ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis dynamischer Genomveränderungen während des Infektionsverlaufs. Weiterhin wurden neue Erkenntnisse über die Entwicklung und Ausbreitung hochvirulenter und antibiotikaresistenter S. aureus- Stämme sowie für die Analyse von Infektketten und den Verlauf persistierender Infektionen erwartet. Als erstes wurde der „Based Upon Repeat Pattern“ (BURP)-Algorithmus für die S. aureus Protein A Gen (spa) Repeat-Region entwickelt und damit erstmals eine Gruppierung von Repeat-Regionen möglich, um phylogenetische Informationen zu generieren und Verwandtschaftsaussagen zwischen unterschiedlichen Spa-Typen treffen zu können. Im Rahmen dieser Arbeiten erfolgte eine umfangreiche Kalibrierung des Algorithmus, um eine möglichst optimale Gruppierung verwandter Spa-Typen zu ermöglichen. Weiterhin wurde der Algorithmus dann mit einer S. aureus-Stammkollektion, die die natürliche S. aureus-Population repräsentiert, evaluiert. Hierbei erfolgten u. a. Vergleiche mit den Gruppierungen basierend auf Multilocus Sequenztypisierungs (MLST)- und Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE)-Daten. In allen Fällen konnten sehr hohe Konkordanzen zwischen den unterschiedlichen Algorithmen nachgewiesen werden, was erstmals die Eignung eines Algorithmus zur Gruppierung von Repeat-Regionen phylogenetische Analysen belegen konnte. Schließlich erfolgte die Analyse der set-Genregion RD13 als Repräsentant einer Genomregion außerhalb des Kerngenoms. Hier konnten durch Sequenzanalysen nicht nur überraschend große Sequenzunterschiede im Vergleich zum Kerngenom sondern auch Veränderungen im Langzeitinfektionsverlauf nachgewiesen werden, deren exakte Quantifizierung und funktionellen Konsequenzen Gegenstand weiterer Forschungsprojekte sein werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007). Based Upon Repeat Pattern (BURP): an algorithm to characterize the long-term evolution of Staphylococcus aureus populations based on spa polymorphisms. BMC Microbiol. 7:98
Mellmann A, Weniger T, Berssenbrügge C, Rothgänger J, Sammeth M, Stoye J, Harmsen D
- (2008). Characterization of the clonal relatedness among the natural population of Staphylococcus aureus using spa sequence typing and the BURP algorithm. J. Clin. Microbiol. 46:2805-2808
Mellmann A, T Weniger T, Berssenbrügge C, Keckevoet U, Friedrich AW, Harmsen D, Grundmann H
