Bakterielle Populationgenomik während der evolutiven Anpassung an Antibiotika
JA 2342/2-1
Dank kleine, haploide Genomen, kurze Generationszeiten und große Populationsgrößen sind Bakterien in der Lage, sich rasant an neuen Umgebungen anzupassen. Ein beeindruckendes Beispiel ist die schnelle Evolution von Antibiotikaresistenzen, die dazu führen kann, dass die meiste Resistenzen schon zwei Jahren nach der ersten klinischen Anwendung auftreten. Neulich veröffentliche Studien belegen, dass die Rate der Resistenzevolution stark beeinflusst wird von Faktoren wie Typ, Anwendungsart und Dosierung der Antibiotika. Meine eigene Arbeit zeigt, dass bestimmte Antibiotikaresistenzen schon innerhalb von 36 Stunden auftreten können. Natürliche und klinische Bakterienopulationen sind aber fast nie klonal, sodass auch populationgenetische Faktoren wie genetische Diversität, Migration und "Bottle necks" eine wichtige Rolle während der Adaption an Antibiotika spielen, z.B. während die Übertragung von resistenten Bakterien zwischen Patienten, in der Umgebung, oder zwischen Wirten im Fall der vektorübertragenen Pathogenen. Das beantragte Projekt wird anhand von kontrollierten Evolutionsexperimenten der Einfluß populationgenetischer Faktoren (Migration, genetische Diversität, Bottlenecks) auf der Rate und Mechanismen von Resistenzevolution systematisch erforschen. Der Fokus liegt auf die Populationsgenomik, was die systematische Monitoring von Genotypen während der Evolution erfordert. Dies wird meistens nicht berücksichtigt in bereits veröffentlichten Studien, wo Resistenzemechanismen erst am Ende des Experiments, nach Fixierung der Mutationen, erkundet werden. Das Vorhaben wird deswegen zu einen besseren Verständnis von Resistenzevolution in realistischen Populationen beitragen, und wird möglicherweise neue Mechanismen identifizieren, die schon während der Evolution eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse werden anhand von mathematischen Modellen weiter generalisiert.
Publikationen
- . (2019) Experimental evolution of immunological specificity. Proceedings of the National Academy of Sciences 116. DOI: 10.1073/pnas.1904828116
- Gunther Jansen, Niels Mahrt, Leif Tueffers, Camilo Barbosa, Malte Harjes, Gernot Adolph, Anette Friedrichs, Annegret Krenz-Weinreich, Philip Rosenstiel, Hinrich Schulenburg (2016) Association between clinical antibiotic resistance and susceptibility of Pseudomonas in the cystic fibrosis lung. Evolution, Medicine, and Public Health Volume 2016, Issue 1, January 2016, Pages 182–194. DOI: 10.1093/emph/eow016