Charakterisierung von Phagen-vermittelten horizontalen Gentransfer in der menschlichen Nase

• Antragsteller: Dr. David Gerlach
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548397935

Staphylococus aureus ist ein bedeutender Humanpathogen und ruft eine Großzahl unterschiedlicher Infektionen hervor. Der Phagen-vermittelte horizontale Gentransfer (HGT) ist kritisch für seine Anpassung an sich ändernden Umweltbedingungen. Wichtige lysogene Phagen codieren häufig Virulenzfaktoren, die ihrem bakteriellen Wirt einen Fitness-Vorteil verschaffen. Die molekularen Details der Staphylokokken-Phagen-Biologie sind zunehmend verstanden, besonders die Interaktion von Staphylokokken-Phagen mit ihrem Wirtsrezeptor. Es wurde gezeigt, dass S. aureus in der Lage ist, durch Phagen-vermittelten HGT genetische Information nicht nur mit engverwandten Staphylokokken, sondern auch mit entfernt-verwandten Bakterien auszutauschen. S. aureus ist Teil eines komplexen Mikrobioms, zusammen mit anderen Staphylokokken-Spezies das die menschliche Nase besiedelt. Human-assoziierte Mikrobiome der Lunge oder Darm sind gehäuft als Orte des Phagen-vermittelten HGT beschrieben worden. Es ist jedoch weitestgehend unverstanden wie und zu welchem Grad das nasale Mikrobiome den Phage-vermittelten HGT von S. aureus beeinflusst. Um dieser Frage nachzugehen, erstellten wir eine umfassende Sammlung nasaler bakterieller Isolate, welche mehr als 30 Spezies und 300 Isolate von 11 verschieden humanen Spendern umfasst. Des Weiteren bestimmten wir die genetische Zusammensetzung der Sammlung mittels Genomsequenzierung. In der genetischen Untersuchung der Prophagen-Zusammensetzung von 40 verscheiden nasalen Staphylokokken beobachteten wir, dass diese eine große Zahl und Diversität aufwiesen. Des Weiteren stellten wir fest, dass Prophagen von Staphylokokken aus derselben Nase eine größere Häufung von ähnlichen Prophagen aufwiesen al solche mit Wirten aus verschieden verscheiden nasalen Nischen. Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass die menschliche Nase als Schauplatz für Phagen-vermittelten HGT dient, mit bedeuten Implikation für die Staphylokokken-Evolution und Virulenz. Auf Grund dieser Ergebnisse schlagen wir vor den Umfang und Einfluss nasalen Mikrobiomes auf den Phagen-vermittelten HGT in all seinen Aspekten nachzugehen: Phagen-Induktion, Phagen-Wirt-Interaktion und letztendlich genetischer Transfer. Dies wird mittels eines umfassenden Sets von bioinformatischer und molekularbiologischen Methodik durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Simon Heilbronner