Integrative evolutionäre und ökologische Analyse von Antibiotikaresistenzen: Auftreten und Verbreitung vom bakteriellen Genom bis zur geographischen Landschaft

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sofia Forslund-Startceva; Professor Emanuel Heitlinger, Ph.D.; Professorin Dr. Stephanie Kramer-Schadt
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497777820

Biologische Neuartigkeit entsteht durch das Zusammenspiel von evolutionären und ökologischen Prozessen. Die Entstehung und Aufrechterhaltung neuartiger Merkmale hängt von abiotischen und biotischen Faktoren auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation ab, von der molekularen Ebene bis hin zur Organisationsebenen auf denen biologische Gemeinschaften interagieren.Bakterielle Antibiotikaresitenz (AR) ist ein solches biologisches Phänomen emergent auf verschiedenen Ebenen, und auch ein vorrangiges Problem für die öffentliche Gesundheit. Während die Selektionsmechanismen für Antibiotikaresistenzen gut erforscht sind, ist die Übertragung von Antibiotikaresistenzgenen (ARGs) ein vergleichsweise wenig erforschtes Thema. Vor allem die Verbindungen zwischen molekularer Ebene, genomischer Ebene, der Ebene der Bakteriengemeinschaft und der Ebene der Wirtsgemeinschaft bei der Verbreitung von ARGs werden selten übergreifend analysiert. Das letztendliche Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Klärung der jeweiligen Rolle der geografischen Landschaftskonfiguration, der Mikrobiomgemeinschaft und der genomischen Landschaft für die Epidemiologie von ARGs. Zu diesem Zweck umfasst dieses Forschungsvorhaben sechs Schlüsselschritte: 1. werden wir ARGs in Nagetieren katalogisieren um vorrangige Ziel-ARGs festzulegen. 2. werden wir vollständige bakterielle Genome mit Hilfe eines long-read Sequencing-Ansatzes rekonstruieren um ARGs einen genomischen Kontext von mobilisierenden genomischen Elementen zu geben. Mit diesem Ansatz werden wir außerdem eine Gemeinschaft genetischer Elemente für jedes bakterielle Genom beschreiben um die Übertragung und Persistenz von ARGs auf dieser Ebene zu verstehen. 3. werden wir den Einfluss der Mikrobiom-Gemeinschaft auf die Übertragung und Persistenz von ARGs untersuchen. 4. werden wir die phylogenetische Ähnlichkeit von ARGs nutzen, um Übertragungswege abzuschätzen und Signale des Selektionsdrucks durch Antibiotika aufzudecken. 5. werden wir mit Hilfe von statistischen Modellen und Simulationsmodellen für Meta-Gemeinschaften zu klären, inwieweit die evolutionäre Selektion zur Persistenz von ARGs führt und inwieweit die Mobilität, sowohl auf genetischer Ebene als auch auf der Ebene der Wirte, zur Übertragung von ARGs führt. Schließlich, 6., werden wir epidemiologisch relevante ARGs funktionell charakterisieren. Ein erfolgreicher Abschluss des Projekts wird Lücken im derzeitigen Wissen über die Dynamik der antimikrobiellen Resistenzdeterminanten auf verschiedenen Ebenen schließen. Da es von großer Bedeutung ist zu verstehen, wie Bakterien, die ARGs tragen, im Mikrobiom und mit der Umwelt ihre Wirte interagieren sollte unser Projekt auch nützliche Informationen für die Verbesserung von Strategien, die neu auftretender Bedrohungen durch antimikrobielle Resistenz verhindern, liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen