DF-AMR: Transmission von Antibiotikaresistenz durch Gentransfer in bakteriellen Biofilmen (TARGET-Biofilms)

Bakterielle Gemeinschaften setzen sich aus vielen verschiedenen Spezies zusammen, welche genetisches Material mittels horizontalem Gentransfer untereinander austauschen können. Hauptsächlich erfolgt dies durch bakterielle Konjugation, indem DNA von einem Donor auf einen Rezipienten durch Zellkontakt übertragen wird. Die globale Ausbreitung von Multiresistenzen gegen Antibiotika beruht auf diesem Mechanismus. In natürlichen Habitaten leben Bakterien vorwiegend in strukturierten Gemeinschaften zusammen, sogenannten Biofilmen, wo sie durch selbst produzierte extrazelluläre Matrix zusammengehalten werden. Biofilme bieten Bakterien Schutz gegenüber antimikrobiellen Substanzen und vermindern somit die Wirkung von herkömmlichen Antibiotika. Studien zeigten bereits, dass die bakterielle Lebensweise in Biofilmen horizontalen Gentransfer via Konjugation ermöglicht. Somit schützen Biofilme Bakterien nicht nur von externen Gefahren, sondern bilden womöglich auch eine Umgebung, welche die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen fördert. Das Kernelement des TARGET-Biofilms Forschungsvorhabens ist es fundamentale und anwendungsbezogene Aspekte der bakteriellen Konjugation innerhalb von Biofilmen zu untersuchen. Das erste Ziel des Vorhabens beruht auf der Erforschung des Mechanismus, des Ausmaßes sowie der Auswirkung von bakterieller Konjugation in Biofilmen. Insbesondere wird untersucht, wie sich biofilmspezifische Eigenschaften der Bakterien auf die Effizienz des DNA-Transfers auswirken und wie sich Antibiotikaresistenzgene innerhalb von Biofilmen ausbreiten. Das zweite Ziel ist die Manipulation von Biofilmen in situ mit Hilfe bakterieller Konjugation im Zusammenspiel mit CRISPR-Systemen. Mit diesem Ansatz wird untersucht, ob Zellmanipulationen wie induzierter bakterieller Zelltod in Biofilmen zu einer Auflösung der Gemeinschaft führen kann. Insgesamt wird das TARGET-Biofilms Projekt Fragen klären, welche dem Gesundheitswesen, dem Agrarsektor sowie der Umwelt dienen.