Low concentrations with high impact: Understanding the spread of antibiotic resistance in aquatic ecosystems (ANTRAQ)

• Applicant: Dr. Stefanie Heß
• Subject Area: Microbial Ecology and Applied Microbiology ; Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2017 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 396445063

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen stellt eine der größten Bedrohungen der menschlichen Gesundheit im 21. Jahrhundert dar (WHO, 2014). Um geeignete und wirksame Strategien zu entwickeln, diese zu verlangsamen oder gar zu stoppen, ist ein umfassendes und qunatitatives Prozessverständnis unabdingbar. Ziel des Forschungsstipendiums war es, hierzu einen Beitrag zu leisten und insbesondere den Effekt von geringen Antibiotika-Konzentrationen, wie sie beispielsweise durch gereinigtes Abwasser in unsere Oberflächengewässer gelangen, auf den horizontalen Gentransfer zu untersuchen. Die durchgeführten Experimente haben gezeigt, dass solche sub-inhibitorischen Antibiotika-Konzentrationen tatsächlich einen Einfluss auf die Aufnahmefähigkeit von Plasmiden beeinflussen, aber ihr Effekt um ein Vielfaches geringer ist als die Variabilität zwischen einzelnen Stämmen einer Spezies in Abwesenheit von Antibiotika. Es scheint also einzelne Stämme zu geben, die als “Drehschreibe” für die quantitative Verbreitung von Resistenzen entscheidend sind. Diese Eigenschaft war allerdings nicht mit der Anwesenheit oder dem Fehlen von Genen korreliert, sondern scheint auf Transkriptom-Ebene gesteuert zu werden.

Publications

• (2019): A high-throughput approach to the culture-based estimation of plasmid transfer rates. Plasmid 101, 28-34
  Kneis, D., Hiltunen, T., Heß, S.
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.plasmid.2018.12.003)
• (2019): High prevalence of colistin resistance genes in German municipal wastewater. Science of the Total Environment
  Kneis, D., Berendonk, T.U., Heß, S.
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.260)
• (2019): Multidrug-resistant and clinically relevant Gram-negative bacteria are present in German surface waters. Frontiers in Microbiology
  Falgenhauer, L. et al.
  (See online at https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02779)
• (2019): Strategies to reduce or eliminate resistant pathogens in the environment. In: Capelo-Martínez, J.-L., Igrejas, G.: Antibiotic Drug Resistance. Wiley
  Bengtsson-Palme, J., Heß, S.
  (See online at https://doi.org/10.1002/9781119282549.ch24)