Zwischen nicht-erblicher und erblicher Resistenz gegen Antimikrobielle Peptide: Priming, Altern, Toleranz und Persistenz

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Rolff
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510239573

Die Evolution von antimikrobieller Resistenz ist ein Problem, das mit evolutionärer Forschung untersucht werden sollte, um sowohl Wirt-Mikroben Interaktionen als auch die Evolution von Medikamentenresistenz besser zu verstehen. Es ist erst kürzlich klargeworden, dass vor der Evolution von Resistenz Bakterien durch Toleranz oder Persistenz überleben können. Dies kann z. B. durch subletale Exposition mit antimikrobiellen Substanzen geschehen. Wir konnten zeigen, dass eine kurzfristige subletale Dosis (Priming) von Antimikrobiellen Peptiden (AMPs), alte Waffen des vielzelligen Lebens, Toleranz und Persistenz von Bakterien induziert, das dann zu verstärkter Resistenzevolution führt. Wir haben drei Forschungsziele. (1) Experimentell zwischen bakterieller Toleranz und Persistenz, die von AMPs induziert werden, zu unterscheiden. (2) Die Rolle von Priming unter verschiedenen Kinetiken der AMPs zu verstehen: führt eine langsam ansteigende subletale Dosis zu den gleichen Phänotypen? (3) Und zu untersuchen, ob Priming und seine Effekte vom Alter der Bakterien abhängen. Ziel 1 Priming durch AMPs erhöht das Überleben von Bakterien, wenn sie letalen Dosen ausgesetzt werden. Die überlebenden Zellen sind entweder metabolisch aktiv und sterben langsamer oder sie sind metabolisch inaktiv und persistieren. Um diesen biphasischen Prozess zu untersuchen, müssen Zellen experimentell synchronisiert werden. Dies erlaubt dann festzustellen, wann die Zellen resistent (erblich) oder tolerant/persistent (nicht erblich) werden. RNAseq erlaubt dann Kandidatenmechanismen zu identifizieren, die funktional überprüft werden können. Ziel 2 Induzierbare Immunantworten der Wirte wie z.B. AMPs starten meistens von Null: nachdem ein Antigen signalisiert wurde, beginnt die Expression und die Konzentration steigt stetig an. Hier wollen wir untersuchen, ob Priming (das zu erhöhtem bakteriellem Überleben durch Toleranz und Persistenz führt) auch unter verschiedenen Kinetiken der AMPs, wie z. B. einem kontinuierlichen Anstieg der Konzentration, auftritt. Dies werden wir mit Hilfe eines mikrofluiden Systems an E. coli testen. Ziel 3. Alle Zellen altern, auch Bakterien. Wir werden mit synchronisierten Zellen, die ein definiertes Alter haben arbeiten, um zu untersuchen, ob das Alter der Zellen einen Einfluss auf die Primingantwort hat. Diese ist durch den Einsatz von Zellsynchronisation (baby machine) und Mikrofluidik möglich. Die Untersuchung dieser Ziele wird zu einem klaren Verständnis der biphasischen Antwort (Toleranz und Persistenz) auf Priming führen. Dies ist essentiell, um die evolutionäre Dynamik nach subletaler Exposition, die zur antimikrobiellen Resistenzevolution führt, verstehen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen