Untersuchung genetischer Grundlagen der Benzimidazol Resistenz bei Nematoden unter Verwendung statistischer und populationsgenetischer Ansätze in Caenorhabditis elegans.

• Antragsteller: Dr. Steffen Hahnel
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392601430

Benzimidazole (BZ) sind wichtige Anthelminthika zur Behandlung parasitärer Nematoden. Während Resistenzen gegen BZ in der Veterinärmedizin bereits ein weitverbreitetes Problem darstellen, steigt auch in der humanmedizinischen Anwendung die Sorge vor der Ausbildung resistenter Parasitenstämme. Diese Entwicklung könnte fatale Konsequenzen für die Bevölkerung endemischer Gebiete haben. Gegenwärtig beschränken sich die Kenntnisse molekularer BZ Resistenzmechanismen bei Nematoden auf Varianten in beta-Tubulin Genen. Sequenzanalysen ermöglichten die Identifizierung von drei Hauptgenotypen, die mit einer verminderten Wirksamkeit von BZ in Nematoden einhergehen. Diese Einzelnukleotid-Varianten (SNVs), wurden zuerst für das C. elegans Ortholog ben-1 beschrieben und werden als Resistenzmarker zur Genotypisierung parasitärer Nematoden in betroffenen Bevölkerungen und Nutztierhaltungen eingesetzt. Allerdings kann das Auftreten von BZ Resistenzen nicht ausschließlich durch die bekannten SNVs in beta-Tubulin Genen erklärt werden. Daher ist es dringend notwendig weitere Allele, die zur Resistenzausbildung gegen BZ beitragen zu identifizieren, um Behandlungen am jeweils vorliegenden Resistenzstatus anpassen zu können.Wie bereits für andere Anthelminthika gezeigt, mehren sich Hinweise, das eine Resistenz gegen BZ nicht nur auf Mutationen in einzelnen Genen zurückzuführen ist, sondern es sich vielmehr um ein polygenetisches Merkmal handelt, an dem mehrere genetische Loci beteiligt sind. Um die hier zugrundeliegenden molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, ist eine Untersuchung natürlicher genetischer Variation unabdingbar. Da populationsgenetische Ansätze in parasitären Nematoden starken Einschränkungen unterworfen sind, stellen quantitative genetische Untersuchungen am freilebenden Nematoden C. elegans eine vielversprechende Alternative da. Aus diesem Grunde soll im vorliegenden Projekt konservierte BZ Resistenzmechanismen auf Basis natürlicher genetischer Variation in C. elegans Wildpopulationen untersucht werden. Hierzu werden genomweite Assoziationsstudien an 250 C. elegans Wildstämmen durchgeführt, mit dem Ziel quantitativ trait loci (QTL) zu identifizieren, welche zu BZ Resistenz beitragen. Zur Identifizierung von Kandidatengenen werden QTL anschließend mittels Feinkartierung und der Herstellung von near-isogenic lines eingegrenzt. Eine anschließende Validierung aussichtsreicher Gene erfolgt mittels CRISPR/Cas9 Technologie. Darüber hinaus soll das Spektrum genetischer Variation im ben-1 Locus erfasst werden. Hierzu werden Proteinstrukturen aller identifizierten Variante in silico auf veränderte BZ Bindungskapazitäten untersucht und Varianten mit einer reduzierten Bindungseffizienz näher charakterisiert. Zusammenfassend liegt der Focus des Projekts sowohl auf der Identifizierung zusätzlicher Resistenz-vermittelnder Gene als auch neuer SNVs in ben-1, die als zukünftige Resistenzmarker zum Screening von Populationen parasitärer Nematoden dienen können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Erik Andersen