MiFactR – Mikrobiota- und behandlungsspezifische Determinanten von Antibiotikaresistenzen
Für die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen sind eine Reihe von Faktoren verantwortlich. Eine bislang wenig untersuchte und unterschätzte Rolle spielen dabei die Wechselwirkungen zwischen Krankheitserregern und der komplexen mikrobiellen Besiedlung (Mikrobiota) des menschlichen Körpers unter dem Selektionsdruck einer Antibiotikabehandlung. DZIF-koordinierte Studienkohorten wie TIARA ermöglichen es, diese Thematik entlang der Darm-Lungen-Nieren-Achse bei Patient:innen unter antibiotischer Behandlung im Rahmen chirurgischer Eingriffe näher zu untersuchen. Unter anderem mithilfe von Hochdurchsatz-Kultivierungstests (Culturomics) wird die Vielfalt der vorhandenen Mikroben ermittelt, sodass Rückschlüsse auf die Auswirkungen unterschiedlicher antiifektiöser Strategien auf die Mikrobiota besser verstanden werden können.
Blick in ein Labor des Projekts MiFactR: Die Arbeit am anaeroben Arbeitsplatz gehört zum Projektalltag.
Die Mikrobiota spielt eine doppelte Rolle bei der Entstehung von Antibiotikaresistenzen. Einerseits kann eine "gesunde" Mikrobiota das Risiko von Infektionen verringern und die Notwendigkeit einer Antibiotikabehandlung reduzieren. Andererseits können Antibiotika starke Veränderungen in der Mikrobiota verursachen. Diese veränderte Mikrobiota wiederum kann das Wachstum von Krankheitserregern fördern, die gegen mehrere Antibiotika resistent sind, und somit die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen beeinflussen. Daher integriert MiFacR die Mikrobiota als wichtige Variable bei der Bestimmung der funktionellen Hintergründe der Resistenzentwicklung.
Um herauszufinden, wie sich antibiotische Behandlungsschemata auf die Mikrobiota auswirken, werden die Veränderungen in der Mikrobenzusammensetzung bei Patient:innen unter Antibiotikatherapie analysiert. Dabei kommen fortschrittliche Sequenziertechniken zum Einsatz, um die Vielfalt und die Funktionen der Mikroorganismen im Körper der Patient:innen zu untersuchen. Parallel dazu werden im Mikrobiologielabor umfangreiche Anzuchtverfahren durchgeführt, um einzelne Mikrobenarten genauer zu charakterisieren. Durch die Analyse des gesamten Genoms dieser Isolate werden detaillierte Einblicke in ihre genetischen Eigenschaften möglich. Gleichzeitig können vergleichende Studien zwischen verschiedenen Stämmen durchgeführt werden, die aus denselben oder unterschiedlichen Proben stammen.
„Durch den Einsatz sub-inhibitorischer Konzentrationen von Antibiotika als Stressfaktor können wir experimentell die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen in mikrobiellen Konsortien untersuchen. Auf diese Weise gewinnen wir wertvolles Wissen über die Mechanismen mikrobieller Gemeinschaften, die zur Entstehung von Antibiotikaresistenzen beitragen.“
Derzeit werden Experimente mit verschiedenen Bakterienkonsortien durchgeführt, um die Auswirkungen unterschiedlicher Mikrobiota auf die Entwicklung von Resistenzmustern zu untersuchen. Dabei kommen zusätzlich zu den Experimenten verschiedene Omics-Technologien wie RNA-Sequenzierung und Proteomics/Metabolomics-Analysen zum Einsatz, um bedeutsame molekulare Muster zu identifizieren. Die gewonnenen Daten werden zu einem verbesserten Verständnis der Rolle des Mikrobioms bei der Entstehung und Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen führen. Dadurch wiederum können Strategien entwickelt werden, um die negativen Auswirkungen der Antibiotikatherapie auf Zielorganismen zu reduzieren.
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