Stabilität hoher Fluorchinolonresistenz bei Enterobakterien ohne Selektionsdruck

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Medizin - Pharmakologie, Arzneimittelwesen, Note: 1,0, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (Medizinische Fakultät), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Beide Auszeichnungen wurden auf Vorschlag der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für Chemotherapie e.V. verliehen. Der Aventis Travel Award 2001 war ein Stipendium zum Besuch der 40th ICAAC, Toronto, Kanada, gestiftet von Aventis Pharma GmbH.
Zusammenfassung:
Als Präventivmaßnahme zur Eindämmung der Resistenz gegen Antibiotika wurde 1995 von der WHO vorgeschlagen, den Antibiotikaeinsatz weltweit zu reduzieren, um damit der Selektion von resistenten Bakterien entgegenzuwirken. Grundlage dieser WHO-Empfehlung ist die Annahme, daß die Fitness von Antibiotika-resistenten Mutanten im Vergleich zu sensitiven Stämmen signifikant verringert ist und diese daher beim Wegfall des Selektionsdrucks die resistenten Stämme verdrängen.
Die klinische Fluorchinolonresistenz bei Escherichia coli ist eine Folge der Akkumulation von Mutationen in den Genen der Zielstrukturen Gyrase und Topoisomerase IV. Des weiteren spielt oftmals eine Veränderung der mar-regulierten Expression von Porinen und Effluxpumpen eine Rolle. Bei in vitro selektierten E. coli konnte, im Zusammenhang mit der Resistenzentwicklung, eine erhebliche Verminderung der Fitness festgestellt werden. Neben einer verlängerten Generationszeit, wurde die Abnahme des negativen Superspiralisierungsgrads der DNA, sowie der Verlust der Typ 1 Fimbrienexpression festgestellt. Dies steht im Gegensatz zu den Befunden bei klinischen Isolaten.
Um die Frage zu klären, ob der Fitnessverlust der Bakterien die WHO-Annahme bestätigt, oder, ob eventuell kompensatorische Mutationen diesen Fitnessverlust ausgleichen können, wurde in dieser Arbeit ein Fitness-Kompensationsexperiment durchgeführt. Es bestand darin, die Ciprofloxacin-resistenten Zellen über 300 Generationen ohne Antibiotikaselektionsdruck in vitro zu kultivieren, dabei setzten sich die fittesten Mutanten durch. Es wurde somit auf Wachstumsgeschwindigkeit und Lebensfähigkeit selektiert.
Es konnte gezeigt werden, daß eine Generationszeitverkürzung bei Mutanten der Generation 300 auf Wildtyp-Niveau, mit der Wiederherstellung des DNA-Superspiralisierungsgrads einherging. Gleichzeitig blieb die klinische Chinolonresistenz erhalten. Die bekannten Resistenzmutationen in gyrA, parC und marR blieben unverändert. Zusätzlich war bei den untersuchten Mutanten der Generation 300 die Fähigkeit zur Typ 1 Fimbrienexpression wiederhergestellt.
Entsprechend dem Mehrschrittmechanismus der zur hohen Chinolonresistenz und zur phänotypischen Ausprägung des Fitnessverlustes führte, konnte in dieser Arbeit auch ein Mehrschrittmechanismus der Kompensation nachgewiesen werden. Die phänotypischen Unterschiede zwischen den Mutanten der Generation 300 bestand neben der 2min kürzeren Generationszeit der später identifizierten Stämme (MasIII300-16s und MasIV300-32s), in deren Verringerung der MHK-Werte gegenüber Ciprofloxacin, Tetracyclin und Chloramphenicol, sowie in der erhöhten Chinolonaufnahme. Diese Revertierung des sogenannten MAR-Phänotyps bei den Mutanten MasIII300-16s und MasIV300-32s fand wie erwartet ohne Veränderung der Deletion in marR statt. Statt dessen führte die DNA-Sequenzanalyse des marCORAB-Locus der Mutanten zur Identifizierung von kompensatorischen Mutationen im marA-Gen.
Falls die nachgewiesenen Mutationen in marA zu einer Inaktivierung des Transkriptionsaktivators marA führen, könnten diese nicht nur zu einer erhöhten Chinolonaufnahme und dadurch zu einer niedrigeren Ciprofloxacin-MHK führen, sondern zusätzlich durch die vermehrte Expression der OmpF-Porine zu einer verbesserten Nährstoffversorgung der Zelle beitragen. Dies würde die um 2min verkürzte Generationszeit der Mutanten MasIII300-16s und MasIV300-32s gege...

Klappentext

Inhaltsangabe:Beide Auszeichnungen wurden auf Vorschlag der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für Chemotherapie e.V. verliehen. Der Aventis Travel Award 2001 war ein Stipendium zum Besuch der 40th ICAAC, Toronto, Kanada, gestiftet von Aventis Pharma GmbH. Zusammenfassung: Als Präventivmaßnahme zur Eindämmung der Resistenz gegen Antibiotika wurde 1995 von der WHO vorgeschlagen, den Antibiotikaeinsatz weltweit zu reduzieren, um damit der Selektion von resistenten Bakterien entgegenzuwirken. Grundlage dieser WHO-Empfehlung ist die Annahme, daß die Fitness von Antibiotika-resistenten Mutanten im Vergleich zu sensitiven Stämmen signifikant verringert ist und diese daher beim Wegfall des Selektionsdrucks die resistenten Stämme verdrängen. Die klinische Fluorchinolonresistenz bei Escherichia coli ist eine Folge der Akkumulation von Mutationen in den Genen der Zielstrukturen Gyrase und Topoisomerase IV. Des weiteren spielt oftmals eine Veränderung der mar-regulierten Expression von Porinen und Effluxpumpen eine Rolle. Bei in vitro selektierten E. coli konnte, im Zusammenhang mit der Resistenzentwicklung, eine erhebliche Verminderung der Fitness festgestellt werden. Neben einer verlängerten Generationszeit, wurde die Abnahme des negativen Superspiralisierungsgrads der DNA, sowie der Verlust der Typ 1 Fimbrienexpression festgestellt. Dies steht im Gegensatz zu den Befunden bei klinischen Isolaten. Um die Frage zu klären, ob der Fitnessverlust der Bakterien die WHO-Annahme bestätigt, oder, ob eventuell kompensatorische Mutationen diesen Fitnessverlust ausgleichen können, wurde in dieser Arbeit ein Fitness-Kompensationsexperiment durchgeführt. Es bestand darin, die Ciprofloxacin-resistenten Zellen über 300 Generationen ohne Antibiotikaselektionsdruck in vitro zu kultivieren, dabei setzten sich die fittesten Mutanten durch. Es wurde somit auf Wachstumsgeschwindigkeit und Lebensfähigkeit selektiert. Es konnte gezeigt werden, daß eine Generationszeitverkürzung bei Mutanten der Generation 300 auf Wildtyp-Niveau, mit der Wiederherstellung des DNA-Superspiralisierungsgrads einherging. Gleichzeitig blieb die klinische Chinolonresistenz erhalten. Die bekannten Resistenzmutationen in gyrA, parC und marR blieben unverändert. Zusätzlich war bei den untersuchten Mutanten der Generation 300 die Fähigkeit zur Typ 1 Fimbrienexpression wiederhergestellt. Entsprechend dem Mehrschrittmechanismus der zur hohen Chinolonresistenz und zur phänotypischen Ausprägung des