Respiratorische Pseudomonas aeruginosa-Infektionen: Komparative Genomanalyse zwischen Isolaten von Patienten mit ambulant erworbener Pneumonie und Isolaten von Patienten mit Mukoviszidose
Pseudomonas aeruginosa ist ein vielseitiges opportunistisches Bakterium, das eine Vielzahl unterschiedlicher Infektionen auslösen kann. Als Erreger chronischer Lungeninfektionen bei Mukoviszidose (CF) wird P. aeruginosa häufig identifiziert, es kann chronisch in der CF-Lunge persistieren, dem Immunsystem entgehen und eine Eradikation nahezu unmöglich machen. Als Auslöser der ambulant erworbenen Lungenentzündung (CAP) wird P. aeruginosa weniger häufig identifiziert, die Infektion wird jedoch mit einer erhöhten Mortalität und häufigeren schweren Verläufen in Verbindung gebracht.Bei der phänotypischen Analyse wurden große Unterschiede zwischen CAP- und CF-Stämmen festgestellt. Die CF-Stämme bilden häufiger kleine Koloniegrößen und weisen deutlich mehr Antibiotikaresistenzen auf, die mit einem erhöhten Antibiotikaeinsatz bei Mukoviszidose-Patienten zu erklären sind.Die komparative Genomanalyse zeigt anhand der Zuordnungen zu den phylogenetischen Gruppen (Gruppe 1: exoS-positiv, Gruppe 2: exoU-positiv) große Übereinstimmungen der epidemischen Populationsstrukturen von CAP- und CF-Stämmen. Es konnte in keiner der phylogenetischen Gruppen ein erhöhtes Vorkommen von CAP- oder CF-Stämmen nachgewiesen werden. Durch Analysen der SNPs (Einzelnukleotid-Polymorphismen) konnten keine grundsätzlichen genetische Unterschiede zwischen CAP- und CF-Stämmen, sondern zwischen den phylogenetischen Gruppen festgestellt werden. Dies bestätigte sich auch in der Analyse der Serotypen. Auch das Vorkommen einiger genomischer Inseln wurde deutlich mit der Zuordnung zur phylogenetischen Gruppe in Zusammenhang gebracht. Es lässt sich zusammenfassen, dass genetische Unterschiede zwischen den Stämmen abhängig von der phylogenetischen Gruppe sind und keine der verglichenen Erkrankungen durch Stämme einer Gruppe bevorzugt werden.Unter CAP- und CF-Stämmen wurden Stämme mit resistenzgentragenden, durch horizontalen Gentransfer erworbenen DNA-Fragmenten (genomische Insel und Integron), identifiziert. Unter diesen Stämmen befinden sich auch zwei CAP-Stämme, die in der Literatur als Hochrisikoklone (ST-111) beschrieben werden.In CF-Stämmen konnten häufiger Mutationen in Phänotyp- und Antibiotikaresistenz-assoziierten Genen gefunden werden. Dies ist mit einem erhöhten Selektionsdruck während der chronischen Persistenz in der CF-Lunge zu erklären. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit ist die potenzielle Vorhersage phänotypischer Antibiotikaresistenzen durch die Genomsequenzen. Es lässt sich schlussfolgern, dass Gene, die durch horizontalen Gentransfer erworben wurden und für Antibiotika-inaktivierende Enzyme (z. B. AMEs) kodieren, die beste Voraussagbarkeit zeigen. Mutationen in Genen, die zu veränderten Antibiotika-Zielstrukturen (z. B. gyrA) und zu einer veränderten Permeabilität führen (z. B. oprD), zeigen ebenfalls eine nachvollziehbare Genotyp-Phänotyp-Beziehung. Allerdings können, insbesondere durch einen langanhaltenden Selektionsdruck, unterschiedlichste Mechanismen zur Resistenzentwicklung beitragen, die die Voraussagegenauigkeit durch Genmutationen beeinträchtigen.Es lässt sich also zusammenfassen, dass P. aeruginosa-Stämme der phylogenetischen Gruppen 1 und 2 sowie akute als auch chronische Infektionserkrankungen auslösen können. Die genetischen und phänotypischen Differenzen der CF-Stämme sind somit die Folge der chronischen Persistenz unter hohem antibiotischen Selektionsdruck.
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