Molekulare Mechanismen von Phagen-Antibiotika-Wechselwirkungen und ihr Zusammenspiel mit Phagen-Abwehrsystemen

• Antragstellerin: Professorin Ana Rita Gontao Brochado, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548547420

Kombinationstherapien aus Bakteriophagen und Antibiotika sind eine vielversprechende Strategie im Kampf gegen schwer behandelbare multiresistente Pathogene. Sie wurden in einigen kritischen Infektionsfällen bereits erfolgreich eingesetzt. Die gezielte Gestaltung solcher Kombinationen wird jedoch erheblich durch ein beträchtliches Defizit im Verständnis der zugrunde liegenden Wirkmechanismen erschwert. So sind die zellulären Folgen von einzeln eingesetzten Antibiotika oder Phagen äußerst komplex und oft unzureichend erforscht. Dies gilt umso mehr für Phagen-Antibiotika-Kombinationen, die häufig ungenügend charakterisiert sind und möglicherweise erheblicher in molekulare Mechanismen eingreifen als die einzelnen Komponenten. Unser Projekt zielt darauf ab, die molekularen Grundlagen von Phagen-Antibiotika-Interaktionen mittels innovativer systembiologischer Ansätze zu entschlüsseln und ihr Zusammenspiel mit dem kürzlich entdeckten Phagenabwehrsystem CBASS zu untersuchen. In einer vorherigen Studie konnten wir kürzlich zeigen, dass CBASS die Wirkung etablierter Antibiotika wie Antifolate und β-Lactame umfassend moduliert; auch ohne Phagenzugabe. Da CBASS sowohl die Auswirkung von Antibiotika als auch von Phagen einzeln beeinflussen kann, vermuten wir, dass es auch in die Phagen-Antibiotika-Interaktionen eingreifen könnte. Wir werden systematisch die Wechselwirkung von β-Lactam- bzw. Antifolat-Antibiotika, und den Phagen T2, T4 und T5 in Escherichia coli untersuchen und analysieren, wie CBASS diese beeinflusst. Mittels einer genomweiten Knock-out-Kollektion nicht-essenzieller Gene werden wir bestimmen, welche genetischen Determinanten des Wirts an der Reaktion auf die Einzel- und Kombinationszugabe beteiligt sind. Die molekulare Grundlage der Wechselwirkung von CBASS mit β-Lactamen ist derzeit unbekannt, aber unerlässlich für das Verständnis von Phagen-β-Lactam-Interaktionen. Aufbauend auf unseren vorherigen Arbeiten werden wir CBASS-β-Lactam-Interaktionen in Abwesenheit von Phagen mechanistisch untersuchen. Schließlich werden wir eine Phagensammlung zusammenstellen, die bis zu drei Krankheitserreger und eine Vielzahl unterschiedlicher Phagenabwehrsysteme abdeckt. Diese Sammlung werden wir als Ressource den Kollegen des SPP2330 und der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung stellen. Die von uns erhobenen Daten und Ressourcen werden über dieses Projekt hinaus künftige systematische Untersuchungen darüber ermöglichen, wie bakterielle Immunsysteme Phagen-Antibiotika-Integrationen beeinflussen. Unsere Ergebnisse werden die molekularen Treiber von Synergie und Antagonismus in Phagen-Antibiotika-Interaktionen aufzeigen, weshalb dieses Projekt sehr gut in den Fokus „Cellular organisation and regulation of the viral infection cycle“ des SPP2330 passt. Da wir auch den Einfluss von Phagenabwehrmechanismen auf die Phagen-Antibiotika-Interaktion untersuchen, fügt sich unser Projekt zusätzlich nahtlos in den Fokus „Novel anti-viral defence systems“ ein.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften