Tschwori VL6: Antibiotika II - Resitenzen und horizontaler Gentransfer Flashcards
Was beinhaltet der erste bekannte Supererreger?
- mcr-1 Gen in E. coli
- mcr-1 verursacht resistenzen gegen colistin: Notfall Medizin für Patienten mit multi-drug Infektionen
- das mcr-1 Gen liegt auf einem plasmid, kann von bakterium zu bakterium wechseln
Was führte zur Entwicklung von resistenzen?
- fehlschläge in der Entwicklung synthetischer Antibiotika
- finden von neuen Antibiotika-> teuer und komplex
- nicht rentabel für pharmazieunternehmen:
1. Kurzes Patent
2. Kurzer einsatzt, da nicht zur Behandlung von chronischen Krankheiten
3. Entstehung von bacteria resistenzen
Wo kommen Antibiotika überall zum Einsatz?
- humanmedizin
- landwirtschaft/ pflanzenanbau/ fischzucht -> Nahrung
- umwelt: Flüsse/ Seen/ Boden
- pharmazieunternehmen
Mechanismen zum Erwerb von resistenzen?
- DNA, die Antibiotikum resistenzgene beinhaltet, kann diese durch horizontalen Gentransfer einem empfänger transferieren über:
- zell-zell Konjugantion
- Transformation von nackter DNA ( auf Plasmid oder als lineare DNA , die tote Zellen verlässt)
- Phagen vermittelte Transduktion
- resistenzen können ebenfalls durch ‘de novo’ Mutation entstehen
Transposons
- mobile genetische mobile Elemente:
- IS-Element:
IR (inverted repeat sequenz) - transpositionsgen - IR - Typ I einfaches transposon:
IS (Insertion sequenz) - antibiotikaresistenz - IS - Typ II zusammengesetztes transposon: transposase gen - resolvase gen
IS-Element
IR (inverted repeat sequenz) - transpositionsgen - IR
Typ I einfaches transposon
IS (Insertion sequenz) - antibiotikaresistenz - IS
Typ II zusammengesetztes transposon
transposase gen - resolvase gen - transposase - resistenzgen
Integrons
Mobile genetische Elemente mit resistenzgenen:
- große, komplexe mobile Elemente, die viele verschiedene Antibiotikaresistenzgene Kassetten akzeptieren oder erfassen können
- Integrons sind aus drei essentiellen Elementen zusammengesetzt, die zu exogene Gene führen:
1. Gen, das integrase kodiert: Intl
2. Primäre rekombinationsstelle: attl
3. Starken promotor: Pc - zB vibrio cholerae besitzt ein super Integron mit über 150 genkasetten
Mobile genetische
Elemente mit resistenzgenen
Transposon
Integron
R Plasmid
R Plasmid
- transferieren resistenzen und wachstumshemmer via Konjugantion
- zB Plasmid R100 trägt resistenzgene gegen sulfonamide, Streptomycin, chloramphenicol, tetracyclin uvm
- viele Module auf R Plasmid sind ebenfalls mobile genetische Elemente zB Tn10
Gentransfer via Konjugantion
- über Sex-Pilus
1. Plasmidtransfer: Donor->Plasmid -> empfänger
2. Chromosomentransfer:Donor mit integriertem Plasmid überträgt dieses auf empfänger
Gentransfer via Transduktion
- P22 Phagen DNA infiziert wirtszellen und macht UE-Komponenten für mehr Phagen
- Dna wird in Kapsid-köpfe gepackt, mache kapside enthalten Wirt DNA
- neue Phagen Ansammlung ist fertig
- Zelle lysiert, Phagen verlassen diese
- transduzierender Phage injeziet wirtsDNA in neue Zelle, wo es zu neukombinationen in Chromosomen kommen kann
Genaustausch via Transformation
- transformierende DNA aus Donor Zelle wird mittels DNA bindende protein in wirtszelle geschleust
- kompetenzspezifisches ssDNA bindeprotein bindet einzelstrang und nuclease spaltet die DNA von außen
und fügt sie in das bakterielle Chromosom - RecA Protein vermittelt homologe rekombination
Resistenzmechanismen der Bakterien
- hindern das Erreichen des Antibiotikums durch undurchdringliche barriere und EffluxPumpen
- Modifikation/Schutz des Ziels: resistenzen mutation
- Modifikation des Antibiotikums: Inaktivierung
Undurchdringliche Barriere als Resistenzmechanismus
äußere Membran von gram-negativen Bakterien ist eine Barriere für amphipathische Komponenten
- multi-drug-resistence (MDR)-Pumpe presst jegliche Substanzen heraus, die die äußere Membran durchdringen
- Die innere Membran beschränkt das Eindringen von hydrophilen Substanzen-> perfekte Barriere
Haupttypen von bakteriellen EffluxPumpe?
- am meisten vertreten:
MFS (major facility superfamily) Pumpen (normalerweise auf Plasmiden): Tetracyclin (Tet) und chloramphenicol (Cml) Transporter - SMR (small multidrug resistance): biocide (Smr/Qac) und aminoglykoside (EmrE) resistenz
- MATE (multidrug and toxic compound extrusion): fluoroquinolon resistenz (Nor)
- RND (resistance-nodulation-cell division): multi-drug (aminoglykoside, fluoroquinolon,beta-lactame, microlide)
- ABC: macrolid-spezifische (MacABC in E. coli), multi-drug zB ethidium Promise (LmrA)
MFS Pumpen, gegen Was?
(normalerweise auf Plasmiden)
Tetracyclin (Tet) und chloramphenicol
(Cml) Transporter
SMR Pumpe
Gegen was?
biocide (Smr/Qac) und aminoglykoside (EmrE) resistenz
MATE Pumpe
Gegen Was?
fluoroquinolon resistenz (Nor)
RND Pumpe
Gegen Was?
multi-drug (aminoglykoside, fluoroquinolon,beta-lactame, microlide)
ABC Pumpe
Gegen Was?
macrolid-spezifische (MacABC in E. coli), multi-drug zB ethidium Promise (LmrA)
Resistenzmechanismus: Modifikation/ Schutz des Ziels
- zielseiten Mutation:
Zb Mutation topoisomerase Gen überträgt fluoroquinolon resistenz in viele spezies/ Mutation in PBP überträgt beta-lactam-resistenzen - zielseitenschutz:
Erytromycin ribosom methylase (erm) Familie methyliert 16s rRNA und veränderte medizinbinfung-seite, verhindert Bindung von macroliden
Resistenzmechanismus: Modifikation des Antibiotikums
- Inaktivierung durch Hydrolyse des Antibiotikums: beta-lactamase
- Inaktivierung durch Modifikation des Antibiotikums:
1. Chloramphenicol-Acetyltransferase 2. Phosphorylierung/ Acetylierung/ Nucleotidylierung von aminoglykosiden
Worin steckt die Hoffnung für die Entdeckung neuer Antibiotika?
- Genom Forschung:
von interessanten Mikroorganismen wird das Genom sequenziert
-> bioinformatische Auswertung und Identifikation von kryptischen BGCs - Aktivierung von stummen biosynthetischen Gen clustern:
- > variierende wachstumsbedingung
- > Technik von transkriptionmaschinerie und translationmaschinerie
- > Manipulation von globalen Regulatoren
- > epigenetische pertubation
- > Manipulation wegsspezifischer Regulatoren
- > Mutanten Selektion
- > strukturverbesserung
- > heterologe expression
- > iChip für mikrobielle kultivierung
- neue ökologische Nischen
