Charakterisierung mukoider Staphylococcus aureus Isolate, die aus den Atemwegen von Mukoviszidose Patienten isoliert wurden: Prävalenz, klinische Bedeutung und detaillierte Analyse mittels molekularer und Bildgebungsverfahren

• Antragstellerin: Professorin Dr. Barbara C. Kahl
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391496579

Staphylococcus aureus ist einer der ersten Erreger, der aus den Atemwegen von Mukoviszidose (cystic fibrosis, CF) Patienten isoliert wird. Bei vielen Patienten persistiert der Erreger trotz antibiotischer Therapie und Wirtsabwehr für viele Jahre. Während der Persistenz adaptiert sich S. aureus an das feindliche Milieu. Kürzlich haben wir einen mukoiden Phänotyp bei S. aureus beschrieben, der bisher noch nicht aus klinischen Materialien und auch noch nicht aus den Atemwegen von CF-Patienten isoliert wurde. Diese mukoiden Isolate weisen eine 5bp-Deletion in der intergenetischen Region icaR-icaA des ica-Operons auf, welche zu einer Hyperexpression von Biofilm führt. Zur Zeit sind weder die Prävalenz mukoider S. aureus-Isolate noch der Einfluss dieses Phänotyps auf die Lungenfunktion von CF-Patienten bekannt. Weiterhin fehlt eine detaillierte Charakterisierung mukoider S. aureus-Isolate unter Bedingungen, die der in vivo Situation in den Atemwegen möglichst ähnlich sind (anaerobe Bedingungen, die Interaktion mit P. aeruginosa mukoid/nicht-mukoid sowie die räumliche Untersuchung im Sputum als ex vivo Material). Darüberhinaus konnten wir mittlerweile weitere mukoide S. aureus-Isolate von CF-Patienten isolieren, die keine 5bp-Deletion aufweisen und deren zu Grunde liegender Mechanismus somit unbekannt ist.Daher planen wir in unserem Projekt (1.) einen klinischen Teil, in dem wir die Prävalenz mukoider S. aureus Isolate in einer Querschnittsstudie und den Einfluss mukoider S. aureus-Isolate auf den klinischen Verlauf der Patienten in einer 12monatigen Langzeitstudie bestimmen wollen. Patienten mit mukoidem S. aureus werden mit einer Gruppe von CF-Patienten mit chronischem S. aureus-Nachweis, aber ohne mukoiden Phänotyp, die altersgleich, geschlechtsgleich und vergleichbar im Hinblick auf den P. aeruginosa-Nachweis (positiv/negativ) verglichen. Im zweiten Teil des Projektes planen wir die Charakterisierung mukoider S. aureus-Isolate (2.) bezüglich des Verhaltens in den Atemwegen unter verschiedenen Umweltbedingungen in vitro (aerob versus anaerob), wodurch die in vivo Situation im CF-Lungenhabitat imitiert wird im Hinblick auf die Biofilmbildung, die Interaktion mit Wirtszellen und die Wirtsabwehr. Darüberhinaus planen wir, (3.) den zugrunde liegenden Mechanismus mukoider S. aureus-Isolate ohne 5bp-Deletion in der icaR-icaA intergenetischen Region mittels Next Generation Sequencing und RNA-seq Analyse. Als letztes möchten wir (4.) eine neue Visualisierungstechnik, genannt MiPACT, anwenden, die es gestattet, die Interaktion mukoider/nicht-mukoider S. aureus-Isolate mit Wirtszellen und anderen wichtigen CF-Pathogenen wie P. aeruginosa im Sputum, das von CF-Patienten expektoriert wurde, als ex vivo Material direkt aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen