Untersuchung der Mechanismen für die Stabilität von mcr-1-kodierenden IncX4-Mechanismen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Linda Falgenhauer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491261247

Antibiotika-resistente Bakterien sind ein sich in letzter Zeit schnell entwickelnde Bedrohung für Menschen weltweit. Hierbei spielen insbesondere Extended-Spektrum beta-Laktamase (ESBL)- und Carbapenemase-produzierende Gram-negative Bakterien aus der Enterobacteriaceae Familie, wie zum Beispiel Escherichia coli und Klebsiella pneumoniae, in der letzten Zeit eine immer größere Rolle.Eine Besonderheit dieser Antibiotika-resistenten Bakterien ist, dass die Antibiotika-Resistenzgene, die sie enthalten, häufig auf mobilen Elementen, den sogenannten Plasmiden, lokalisiert sind. Somit können sie schnell und einfach auf andere Bakterien übertragen werden. Leider können Bakterien mehrere Plasmide mit unterschiedlichen Antibiotika-Resistenzen aufnehmen, und somit in sehr kurzer Zeit sehr resistent werden. Ein besonderes Beispiel ist hier das mobile Colistin-Resistenzgen mcr-1, welches eine Resistenz gegenüber dem Reserveantibiotikum Colistin verursacht. Diese Gen ist hauptsächlich auf einem bestimmten Plasmidtyp kodiert, nämlich den IncX4 –Plasmiden. Es wurde bereits auf jedem Kontinent und in vielen unterschiedlichen Habitaten (Tier, Mensch, Umwelt) gefunden. Es stellt ein Beispiel eines sehr erfolgreichen Plasmides dar – es kann als epidemisches Plasmid bezeichnet werden.In diesem Projekt soll der Frage nachgegangen werden, warum mcr-1-kodierende IncX4 Plasmide so erfolgreich sind. Die zu überprüfende Hypothese ist, dass das IncX4-Plasmid die Fitness des Wirtes (der bakteriellen Zelle) erhöht und dass diese Fitness auf einer Interaktion zwischen Plasmid-Genen und dem Bakterium selbst beruht.Um diese Hypothese zu überprüfen, werden in diesem Projekt Deletions-Mutanten eines mcr-1-kodierenden IncX4-Modellplasmides (pV163M) mittels des Lambda/Red-Mutagenese-Systems erstellt werden. Im zweiten Schritt werden diese Mutanten mit unterschiedlichen phänotypischen Assays, wie Wachstumskurven, Konjugationseffizienz-Testungen, Antibiotika-Resistenztestung und Plasmid-Stabilität überprüft werden. Basierend auf diesen ersten Tests werden bis zu 10 Mutanten, die einen signifikanten Unterschied zum Wildtyp-Plasmid zeigen, für detaillierte Tests ausgewählt werden. Diese zehn Mutanten werden auf Änderungen des Transkriptoms (d.h. Expression aller mRNAs), Protein-Interaktionspartner der mutierten Proteine, und die Fitness der Mutanten in einem Konsortium (d.h. in der Kombination aller Mutanten und Wildtyp-Plasmid) überprüft werden. Das Ziel der Studie ist es, am Ende sagen zu können: 1. Welche Plasmidgene haben einen Effekt auf die Fitness der bakteriellen Zelle und 2. Was ist die Grundlage dieses Effektes. Die Ergebnisse dieser Studie werden in nachfolgenden Projekten verwendet werden, die es erlauben sollen, die identifizierten Gene als neue drug targets zu verwenden um Plasmid-lokalisierte Colistin-Resistenz in Gram-negativen Bakterien zu bekämpfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr. Mobarak Abu Mraheil; Professor Dr. Alexander Goesmann; Dr. Can Imirzalioglu