Untersuchungen zur Rolle des horizontalen Gentransfers bei der Stabilisierung der gemeinschaftlichen Antibiotikaresistenz in Bakterienpopulationen

• Antragsteller: Dr. Jakob Menz
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416703525

Antibiotikaresistenz gilt heute als eine der größten Bedrohungen für die globale Gesundheit. Die effektive Umsetzung innovativer Präventionsmaßnahmen und Therapiekonzepte erfordert ein umfassendes Verständnis der bakteriellen Resistenzmechanismen und ihrer Evolution. Über die Entstehung von sozio-mikrobiologischen Interaktionen in Bakterienpopulationen, die das Überleben und die Vermehrung genotypisch empfindlicher Bakterien während der Antibiotikatherapie ermöglichen, liegen derzeit jedoch nur wenige Informationen vor.Die Produktion von antibiotikaabbauenden Enzymen verleiht nicht nur den produzierenden Bakterien Resistenz, sondern auch den nichtresistenten Bakterien in ihrer unmittelbaren Umgebung. Dieser spezielle Fall von kooperativer Resistenz wird als gemeinschaftliche Antibiotikaresistenz (shared antibiotic resistance, SHARE) bezeichnet. Evolutionsbiologisch betrachtet ist SHARE eine Form von altruistischem Sozialverhalten, weil die produzierende Zelle Energie verbraucht und die anfällige Zelle von den gemeinschaftlichen Ressourcen (“public goods”) profitiert ohne die Fitnesskosten zu teilen. Es wird jedoch angenommen, dass sich altruistische Resistenzmerkmale nur längerfristig etablieren können, wenn gleichzeitig Mechanismen entwickelt werden, die entweder die Ausbreitung von nichtproduzierenden Zellen negieren oder die Entwicklung sozialer Merkmale durch soziale Abhängigkeiten, oder Durchsetzung stabilisieren. Es gibt viele Hinweise darauf, dass horizontaler Gentransfer (HGT), d.h. der Austausch mobiler genetischer Elemente, eine zentrale Rolle bei der Stabilisierung altruistischer Resistenzmerkmale innerhalb bakterieller Populationen spielt. Die Rolle von HGT ist jedoch im besonderen Kontext von SHARE noch nicht abschließend geklärt.Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, das Zusammenspiel zwischen HGT und der Stabilisierung altruistischer Resistenzmerkmale in Bakterienpopulationen am Beispiel von Plasmiden zu untersuchen, die Resistenz gegen Beta-Lactam-Antibiotika verleihen. Zu diesem Zweck werden ausgewählte Plasmide mit einem reprimierbaren GFP (green fluorescent protein) -Tag markiert und in Donor-Stämme eingeführt, die das entsprechende Repressorprotein konstitutiv exprimieren. Die konstruierten Bio-Reporter werden anschließend verwendet, um mittels Durchflusszytometrie (FACS) und hochauflösender konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) Expressionsraten und HGT-Frequenzen in Echtzeit zu untersuchen. Darüber hinaus wird quantitative Echtzeit-PCR (qPCR) verwendet, um die Kopienzahl von Plasmiden zu bestimmen. Das allgemeine Forschungsziel besteht darin, neue Erkenntnisse über die Rolle des Plasmidtransfers und der Kopienzahl von Plasmiden im speziellen Kontext von SHARE zu gewinnen und damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung neuer Präventionsmaßnahmen und Therapiekonzepte zu leisten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Dr. Søren Sørenson