Inaktivierung von Signalmolekülen und Antibiotika des Alkylchinolon-Typs von Pseudomonas aeruginosa durch Rhodococcus erythropolis und Mycobacterium abscessus

• Antragstellerin: Professorin Dr. Susanne Fetzner
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299367851

Das opportunistisch pathogene Bakterium Pseudomonas aeruginosa produziert eine Vielzahl bioaktiver 2-Alkyl-4(1H)-chinolone (AQ) und 2-Alkyl-4-hydroxychinolin-N-oxide. Als Quorum sensing-Signalmoleküle sind 2-Heptyl-4(1H)-chinolon (HHQ) und insbesondere 2-Heptyl-3-hydroxy-4(1H)-chinolon (PQS) an der Regulation der Virulenzfaktorproduktion beteiligt; PQS wirkt zudem als Fe(III)-Chelator und beeinflusst die Eigenschaften biologischer Membranen. 2-Heptyl-4-hydroxychinolin-N-oxid (HQNO), ein Inhibitor des respiratorischen Elektronentransfers, hat antibiotische Wirkung. Für das Bodenisolat Rhodococcus erythropolis BG43 konnten wir erstmals einen für HHQ und PQS spezifischen Abbauweg sowie die Fähigkeit zur HQNO-Degradation beschreiben. Die für Enzyme des HHQ- und PQS-Abbaus kodierenden aqd Gene sind in Mykobakterien des Mycobacterium abscessus-Komplexes konserviert. Die Fähigkeit zur Entgiftung von HQNO sowie zur Degradation von PQS und/oder HHQ ließ sich u.a. auch bei klinischen M. abscessus Isolaten nachweisen. Diese Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven zur Charakterisierung PQS-spezifischer Enzyme und Einschätzung ihres Potentials zur Quorum sensing Interferenz, sowie zur Untersuchung der Bedeutung der AQ- und HQNO-Inaktivierung bei der Interaktion von M. abscessus und P. aeruginosa. Die Genomsequenzen aller Isolate liegen vor.Im Einzelnen soll das Vorhaben folgende Ziele verfolgen: (1) Aufklärung der Stoffwechselwege der HQNO-Konversion: Identifizierung der Metaboliten sowie des postulierten Schlüsselenzyms HQNO-Reduktase. (2) Charakterisierung der katalytischen Effizienz und Stabilität der PQS-Dioxygenasen aus R. erythropolis BG43 und ausgewählten M. abscessus Stämmen und Untersuchung des Potentials effizienter und stabiler PQS-spaltender Enzyme zur Abschwächung der Virulenzfaktorproduktion durch P. aeruginosa.(3) Charakterisierung des Potentials von M. abscessus zur Interferenz mit dem PQS-basierten Quorum sensing und der HQNO-basierten Antibiose von P. aeruginosa. Hierzu soll die Transkription der aqd Gencluster klinischer M. abscessus Stämme in Reaktion auf PQS analysiert werden; zudem wird die physiologische Reaktion von P. aeruginosa (Wildtyp und pqs Mutanten) in Cokultur mit M. abscessus Stämmen (fähig/unfähig zu PQS Abbau bzw. HQNO-Konversion) untersucht und das Wachstum der Stämme in der Cokultur bestimmt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen