Genetische Module für die Wahrnehmung und Entgiftung neuer antibakterieller Wirkstoffe

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sven Halbedel
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433766034

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Bakterium Listeria monocytogenes ist der Erreger der Listeriose, einer lebensmittelbedingten Infektionskrankheit des Menschen mit hoher Sterblichkeit. L. monocytogenes kommt in verschiedenen Lebensräumen vor, von wo aus es häufig über Lebensmittelkontaminationen zu Infektionen und Krankheitsausbrüchen führt. In der Umwelt ist L. monocytogenes antimikrobiellen Verbindungen ausgesetzt, die von konkurrierenden Arten produziert werden. Die Resistenz gegen solche Verbindungen kann von Multi-Drug-Resistance (MDR)- Transportern abhängen, welche schädliche Substanzen aus der Zelle exportieren. L. monocytogenes verfügt über 24 dieser Transporter, aber ihre natürlichen Substrate sind weitgehend unbekannt. Deren Kenntnis wäre von Vorteil für eine bessere Eingrenzung des Erregerreservoirs, aber auch für die Identifizierung neuer antimikrobieller Verbindungen. Wir haben verschiedene L. monocytogenes-Reporterstämme für Wirkstoffscreens mit Sammlungen natürlich vorkommender antimikrobieller Verbindungen erzeugt. Diese Screens führten zur Identifikation von Tartrolon B als dem Substrat für den bisher nicht charakterisierten MDR-Transporter TimAB. Die Gene für diesen Transporter werden im timABR-Operon zusammen mit einem Repressor (timR) kodiert. Wir konnten zeigen, dass der TimR-Repressor Tartrolon B wahrnimmt, um die timABR-Expression zu regulieren. Tartrolon B ist ein Makrodioloid-Antibiotikum, das von terrestrischen und marinen Bakterien produziert wird, was darauf hindeutet, dass marine Umgebungen zusätzlich zu den bekannten terrestrischen Reservoirs eine Rolle als Erregerreservoir spielen könnten. Studien zur Wirkungsweise von Tartrolon B zeigten, dass Tartrolon B den Austritt von Kaliumionen aus L. monocytogenes-Zellen verursacht. Es wurden jedoch auch Suppressor- Mutanten mit hoher Tartrolon B-Resistenz gefunden, die nicht mit dem Kaliumtransport zusammenhängen. Diese Mutanten trugen Mutationen im clpP2-Gen, das für die wichtigste proteolytische Komponente der Clp-Proteasomen kodiert. Verschiedene genetische Experimente zeigten dann, dass der Transkriptionsfaktor (und das Clp-Substrat) SpxA1, sein Protease-Adaptor YjbH, die beiden Clp-ATPasen ClpC und ClpX, die SpxA1-abhängige Cytochrom-Oxidase CydAB sowie mehrere weitere Elemente der Atmungskette ebenfalls für die Tartrolon B-Resistenz notwendig sind. Die Atmungskette ist wichtig für die Erzeugung eines Protonengradienten über die Membran. Aus diesen und anderen Gründen scheint es plausibel, dass Tartrolon B als gekoppeltes Kalium-Ionophor/Protophor wirken könnte, das gleichzeitig die Transmembran-Gradienten von Kalium-Ionen und Protonen abbaut. Insgesamt haben wir mit unserer Arbeit neue Erkenntnisse über die ökologischen Interaktionen eines wichtigen menschlichen Krankheitserregers gewonnen und dabei neue Werkzeuge für die Suche nach neuen antimikrobiellen Wirkstoffen entwickelt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Elements in the LftR Repressor Operator Interface Contributing to Regulation of Aurantimycin Resistance in Listeria monocytogenes. Journal of Bacteriology, 203(10).
  Hauf, Samuel; Engelgeh, Tim & Halbedel, Sven
  
• Insights into tartrolon resistance mechanisms in Listeria monocytogenes. Poster at the Annual Meeting of the Association for General and Applied Microbiology. 21-23 February. Online.
  Engelgeh T., Herrmann J., Müller R. & Halbedel S.
  
• Listeria monocytogenes genes supporting growth under standard laboratory cultivation conditions and during macrophage infection. Genome Research, 32(9), 1711-1726.
  Fischer, Martin A.; Engelgeh, Tim; Rothe, Patricia; Fuchs, Stephan; Thürmer, Andrea & Halbedel, Sven
  
• Perception and detoxification of the polyketide tartrolon B by Listeria monocytogenes. Poster at the 21st International Conference on Bacilli & Gram-Positive Bacteria. 14-17 June. Prague, Czechia.
  Engelgeh T., Herrmann J., Müller R. & Halbedel S.
  
• ListiWiki: A database for the foodborne pathogen Listeria monocytogenes. International Journal of Medical Microbiology, 313(6), 151591.
  Elfmann, Christoph; Zhu, Bingyao; Stülke, Jörg & Halbedel, Sven
  
• Perception and detoxification of the polyketide tartrolon B by Listeria monocytogenes. Talk at the BACELL Meeting 2023. 19-20 June. Hohenheim, Germany.
  Engelgeh T., Rothe P., Wamp S., Herrmann J., Müller R. & Halbedel S.
  
• Tartrolon resistance mechanisms in Listeria monocytogenes depend on the TimAB transporter and the ClpP2 proteasome. Poster at the Annual Meeting of the Association for General and Applied Microbiology. 10-23 September. Göttingen, Germany
  Engelgeh T., Herrmann J., Jansen R., Müller R. & Halbedel S.
  
• Tartrolon sensing and detoxification by the Listeria monocytogenes timABR resistance operon. Molecular Microbiology, 120(5), 629-644.
  Engelgeh, Tim; Herrmann, Jennifer; Jansen, Rolf; Müller, Rolf & Halbedel, Sven
  
• ClpP2 proteasomes and SpxA1 determine Listeria monocytogenes tartrolon B hyper-resistance. PLOS Genetics, 21(4), e1011621.
  Engelgeh, Tim; Wamp, Sabrina; Rothe, Patricia; Herrmann, Jennifer; Fischer, Martin A.; Müller, Rolf & Halbedel, Sven