The role of plasmids in bacterial adaptation

• Antragstellerin: Dr. Hildegard Uecker
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418432175

Plasmide spielen in der Evolution von Bakterien eine Schlüsselrolle. Insbesondere können sich auf ihnen Gene für Antibiotikaresistenz befinden, wodurch diese Gene sehr mobil sind und die Grenzen zwischen verschiedenen Spezies überwinden können. Obwohl klinisch relevante Resistenz häufig auf Plasmiden kodiert ist, konzentrieren sich theoretische Modelle mehrheitlich auf chromosomale Resistenz. Um diese Lücke zu schließen, werde ich mathematische Modelle entwickeln, die zwei wesentliche offene Fragen behandeln - das evolutionäre Potential von Plasmiden, die in mehreren/vielen Kopien in einer Zelle vorliegen, (Projekte 1 und 2) und die Rolle von kommensalen Bakterien als Reservoir für Resistenzgene, die von Pathogenen aufgenommen werden können (Projekt 3). Existierende Modelle, die Resistenz auf Plasmiden betrachten, beruhen normalerweise auf deterministischen Differentialgleichungen, ähnlich denen epidemiologischer Modelle (wobei das Plasmid die Rolle des Parasiten einnimmt). Dahingegen werden wir hauptsächlich stochastische Ansätze verfolgen und Modelle im Stil populationsgenetischer Modelle für „evolutionary rescue" entwickeln. GroßeTeile der Analyse werden auf Verzweigungsprozessen beruhen. Analytische Approximationen des stochastischen Prozesses werden wir durch deterministische Differentialgleichungen und stochastische Computersimulationen ergänzen.In Projekt 4 werden wir uns von Medikamentenresistenz abwenden und die Auswirkungen von mittels Plasmiden erfolgender Konjugation auf chromosomale Adaptation erforschen. Das Ziel besteht darin, herauszufinden, inwieweit es berechtigt ist, Konjugation als „bakteriellen Sex" zu bezeichnen, eine Frage, die bisher in theoretischen Studien nur am Rande behandelt worden ist. Zu diesem Zweck werden wir populationsgenetische Modelle aufstellen analog zu den Modellen, die verwendet werden, um Rekombination bei sexueller Reproduktion zu beschreiben, und werden die Ergebnisse miteinander vergleichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen