Evolution der Multiresistenz bei <i>Escherichia coli</i>

Abstract

Ziel der Arbeit war es, am Model <i>E. coli</i> Spuren zu finden, wie sich im Laufe der Evolution Multiresistenz entwickelt und wie die verantwortlichen Resistenzgene im Organismus organisiert sind. Resistenten oder sogar multiresistenten Stämmen ist es dadurch möglich, sich gegenüber sensiblen Stämmen nach Wegfall des Selektionsdrucks durchzusetzen.<br /> Anhand von vier klinischen Isolaten mit ausgeprägter Multiresistenz (β-Laktam-, Chinolon-, Aminoglykosid-, Tetracyclin-, Antifolat-, Chloramphenicol- und Quecksilber-Resistenz) wurden die für die Resistenz verantwortlichen Gene identifiziert und die genetische Umgebung der Gene charakterisiert. Des weiteren wurden Anzeichen für die Mobilität der Resistenzgene analysiert. <br /> An den vier untersuchten Stämmen konnten keine durch die Resistenz entstandene Wachstumsnachteile festgestellt werden. Es konnte sogar eine Redundanz an bestimmten Resistenzgenen festgestellt werden: Bei allen Stämmen wurden mehrere Resistenzgene gegen Antibiotika nachgewiesen, die in der Therapie von<i> E.-coli</i>-Infektionen seit Jahren nicht mehr eingesetzt werden. Teilweise lagen diese Gene sogar mehrfach vor. <br /> In dieser Arbeit wurden Belege dafür gefunden, dass es eine Entwicklung auf der Ebene der Resistenz-Plasmide gegeben hat, um die durch die Resistenz entstandenen Nachteile zu kompensieren. Die Kompensation auf Plasmid-Ebene hat den Vorteil, dass das optimierte Plasmid von Stamm zu Stamm verbreitet werden kann, ohne dass die Empfängerzellen zusätzliche Mutationen erwerben müssen, um Wachstumsnachteile auszugleichen. <br /> Mobile Elemente spielen in allen untersuchten Stämmen eine große Rolle. Sie konnten mit den meisten erworbenen Resistenzgenen in Verbindung gebracht werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Strukturen nicht nur in der Verbreitung der Resistenzgene, sondern auch in ihrer Rekrutierung eine große Rolle spielen und gespielt haben.<br /> Insgesamt konnten Belege für die Optimierung der Gene in den Chromosomen natürlicher Organismen gefunden werden, die dann mit Hilfe von mobilen Elementen auf Plasmide gelangen. Dahingegen konnten nur wenige Indizien dafür gefunden werden, dass die Resistenzgene bevorzugt ins Chromosom insertieren und die Strukturen der mobilen Elemente später wieder deletiert werden. Das Vorkommen vieler redundanter Resistenzgene und mobiler Elemente spricht eher dafür, dass es keinen Selektionsdruck für die Komprimierung der Strukturen gibt. Dies ist ein weiterer Hinweis, dass die Evolution der Multiresistenz maßgeblich durch Optimierung der Plasmid-Strukturen stattgefunden hat. Der Mangel an Selektionsdruck durch die Evolution der Resistenz-Plasmide hat zur Folge, dass es sehr schwer sein wird, einmal entstandene und mobilisierte Resistenzgene wieder aus dem Pool der Multiresistenz zu entfernen.