Eine Methode zur Erfassung der CRISPR/Plasmidom Dynamik in komplexen bakteriellen Gemeinschaften

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Alice C. McHardy; Professorin Dr. Barbara Stecher
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315980449

Eines der größten Probleme des Gesundheitswesens sind Infektionen mit bakteriellen Krankheitserregern, die gegen Antibiotika resistent sind. Strategien wie z.B. antibiotic stewardship-Programme konnten bisher diese Keime nicht ausreichend eindämmen. Dies erfordert die Entwicklung von neuartigen Strategien zur Verminderung der Verbreitung von Antibiotika-Resistenzen (ABR). Studien haben gezeigt, dass das sogenannte CRISPR/cas System, welches ein bakterielles adaptives Abwehrsystem darstellt, den horizontalen Gentransfer zwischen Bakterien verhindern kann und dadurch Einfluss auf die Verbreitung von Antibiotikaresistenzgenen ausüben könnte. Alle bisher existierenden bioinformatischen Programme sind jedoch unzureichend um die CRISPR Strukturen und ihre Interaktion mit Resistenzgenen zu untersuchen insbesondere für die Anwendung auf Metagenom Datensätze. Deshalb planen wir neuartige Alorithmen zu entwickeln, die in der Lage sind CRISPR Strukuren aus metagenomischen Daten zu extrahieren (Zielsetzung 1) sowie Plasmidgenome zu rekonstruieren (Zielsetzung 2). Unter Zuhilfenahme dieser Programme möchten wir den zeitlichen Zusammenhang zwischen Antibiotikatherapie und CRISPR Stukturen beschreiben (Zielsetzung 3). Darüber hinaus planen wir die Prüfung der Hypothese, dass das CRISPR System auf natürliche Weise die Ausbreitung von Antiboitikaresistenzen verhindert. Hierzu verwenden wir ein Mausmodell mit einer definiert zusammengesetzten Darm-Mikrobiota aus 12 sequenzierten Bakterien mit bekannten Antibiotikaresistenzen und CRISPR-Elementen. In diesem Modell soll die Auswirkung verschiedener AB-Therapien auf die Verbreitung von ABR sowie die Evolution der CRISPR-Elemente unter kontrollierten Versuchsbedingungen untersucht werden (Zielsetzung 4). Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitragen die Rolle des CRISPR Systems bei Verbreitung von ABR zu verstehen und öffnen möglicherweise neuartige Wege für zukünftige Forschung auf dem Gebiet der Resistenzprävention.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen