Horizontaler Gentransfer zwischen Streptococcus mitis und Streptococcus pneumoniae – Analyse der Resistenzentwicklung

  • Die weltweite Verbreitung Penicillin-resistenter Bakterienstämme, darunter auch S. pneumoniae, stellt ein erhebliches medizinisches Problem dar. Resistenzen gegen Antibiotika können mittels horizontalem Gentransfer zwischen verschiedenen Streptokokken-Spezies ausgetauscht und somit verbreitet werden. In diesem Zusammenhang ist es wichtig die Vorgänge bei der Entstehung und Ausbreitung der β-Lactamresistenz zu verstehen. Im Fokus dieser Arbeit stand die Analyse des horizontalen Gentransfers zwischen den beiden Spezies Streptococcus mitis und Streptococcus pneumoniae und die daraus resultierende Entwicklung der β-Lactamresistenz. Ausgangspunkt dieser Arbeit war die CCCB-Transformantenfamilie, welche durch die sukzessive Transformation von S. pneumoniae R6 mit chromosomaler DNA von S. mitis B6 und Selektion mit β-Lactamantibiotika generiert wurde. Dabei konnten bisher ungeklärte Faktoren der Resistenzentwicklung dieser Stämme identifiziert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eindeutig bewiesen, dass PBP2a in Kombination mit PBP2x aus S. mitis B6 einen entscheidenden Beitrag zur β-Lactamresistenz leistet. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit bestand in der Charakterisierung der Ursache des Resistenzunterschieds zwischen CCCB und CCCO. Diese zwei hochresistenten Stämme der vierten Transformationsstufe weisen scheinbar das gleiche Profil nieder-affiner Varianten aller fünf hochmolekularen PBP auf. Es konnte im Zuge dieser Arbeit gezeigt werden, dass das murM Gen aus S. mitis B6 lediglich in CCCB ausgetauscht wurde. Weiterführende Experimente bestätigten, dass sowohl MurMB6 als auch MurMHu17 aus einem resistenten S. pneumoniae Isolat, das über einen nahezu identischen Mosaikblock wie MurMB6 verfügt, erhöhte β-Lactamresistenz vermitteln. Das Mosaik-MurMB6 trägt somit entscheidend zur höheren Resistenz von CCCB bei. Zudem wurde nachgewiesen, dass der Resistenzunterschied zwischen CCCB und CCCO zusätzlich durch die Anwesenheit des kompletten PBP2bB6 in CCCB verursacht wird. Dabei konnte herausgestellt werden, dass die Aminosäuresubstitutionen des C-Terminus von PBP2bB6, die in CCCO nicht vorhanden sind, eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von β-Lactamresistenz spielen. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Identifizierung möglicher neuer Resistenzdeterminanten, welche von S. mitis B6 auf den bereits hochresistenten Stamm CCCB übertragen werden könnten. Durch die Transformation chromosomaler S. mitis B6 DNA in CCCB und Selektion mit diversen β-Lactamantibiotika konnten Stämme mit erhöhter β-Lactamresistenz isoliert werden. DNA-Microarray-Analysen dieser CCCB-Derivate dienten der Detektion möglicher übertragener Gene. Anstelle ausgetauschter, intakter Genloci zeigten diese Mutanten jedoch die Inaktivierung der Gene spr0683 bzw. spr1851. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass der beobachtete Resistenzanstieg aus der Deletion dieser beiden Gene resultiert. Beide Gene kodieren für hypothetische Proteine mit potentiellen Nukleinsäure-bindenden R3H- bzw. KH-Domänen. Die genaue Funktion beider Domänen ist nicht bekannt. Transkriptionsanalysen der Deletionsderivate von spr0683 und spr1851 dienten als Screening-Methode für einen möglichen durch das Fehlen der Gene beeinflussten Effekt auf transkriptioneller Ebene. Die veränderte Genexpression einer möglichen Resistenzdeterminante (ClpL) deutete zunächst auf einen möglichen Zusammenhang mit den Resistenzphänotypen der Deletions-derivate hin. Weiterführende Versuche widerlegten dies jedoch. Zukünftige Untersuchungen müssten noch offene Fragen hinsichtlich der potentiellen Funktion der beiden hypothetischen Proteine klären.

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Metadaten
Author:Julia Sauerbier
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-29587
Advisor:Regine Hakenbeck
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2012/03/30
Year of Publication:2012
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2012/03/29
Number of page:157
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Biologie
DDC-Cassification:579 Mikroorganismen, Pilze, Algen

$Rev: 12793 $