Rekombinationsmechanismen und Koevolution bei menschlichen Krankheitserregern

Rekombination, also Aufnahme und Einbau von Fremd-DNA, hat es arzneimittelresistenten Linien von Streptococcus pneumoniae ermöglicht, neuen Konjugat-Impfstoffen schnell auszuweichen. Eine EU-finanzierte Initiative befasste sich mit diesem Problem, indem es die verschiedenen Mechanismen der Rekombination untersuchte, die sich in dem Erreger in Koevultion mit dem menschlichen Immunsystem entwickelt haben.

Gesundheit

Das Projekt R-EVOLUTION PNEUMO (The role of recombination in evolution and epidemiology of bacterial pathogen Streptococcus pneumoniae) besserte das Verständnis von der Rolle der Rekombination bei dem wichtigsten menschlichen bakteriellen Erreger Streptococcus pneumoniae, auch als Pneumokokkus bekannt. Hierzu diente ein interdisziplinärer Ansatz auf der Basis von evolutionärer Mikrobiologie, Immunologie und Epidemiologie von Infektionskrankheiten. Generische evolutionäre epidemiologische Modelle wurden verwendet, um die Populationsdynamik der Rekombination zu verstehen. Darüber hinaus wurden mithilfe von Pneumokokken-Vollgenomsequenzen die Zusammenhänge zwischen Rekombination, Immunität, Impfung und Medikamentenresistenz bestimmt. Die genetische Analyse von Impfstoffzielen - Kapselpolysaccharide - ergab, dass sich diese Loci aktiv durch Rekombination entwickeln und zur Entstehung neuer Arten führen. Viele der gefundenen Rekombinationen kamen aus einer unbekannten Quelle. Dies führte zu der Hypothese, dass die zuvor unbemerkte Vielfalt von nah verwandten Bakterien kommen könnte. Der Vergleich der signifikantesten Gruppen von Serotypen zeigte, dass sie in Bezug auf die Rate der Rekombination und die mögliche Geschwindigkeit der Anpassung variieren. Dies deutet darauf hin, dass Polysaccharidimpfstoffe in Zukunft neue Serotypen wählen könnten, was die Wichtigkeit weiterer Forschungen auf diesem Gebiet unterstreicht. Die Analyse mehrerer Pneumokokkenlinien zeigte, dass die Entwicklung des Krankheitserregers durch zwei verschiedene Mechanismen angetrieben wird: Mikro-Rekombination und Makro-Rekombination. Makro-Rekombination stellte sich als der Mechanismus im Zusammenhang mit Serotyp-Switching (Änderung des Serotyps durch Rekombination und somit ein Mechanismus für das Ausweichen des Impfstoffs) und mit einer Resistenz gegen mehrere große Klassen von Antibiotika heraus. Außerdem wurde mithilfe eines neuen Ansatzes die genetische Vielfalt von bakteriellen Antigenen visualisiert. Das Ergebnis war eine neue Methode für die Analyse der Populationsstruktur und die Identifizierung von Mosaik-Loci (Mosaik ist die Expression von Genen in einige, aber nicht alle Zellen einer bestimmten Einzelperson). Dadurch wird die schnelle Analyse von Merkmalen der Rekombination in massiven Datenmengen ermöglicht. R-EVOLUTION PNEUMO wird ein besseres Verständnis der Rolle der Rekombination bei S. pneumoniae in der Koevolution mit menschlichen Populationen liefern. Darüber hinaus können die Projektergebnisse auf andere Krankheitserreger wie Neisseria meningitidis, Salmonella enterica und Helicobacter pylori übertragen werden. Die neuen Erkenntnisse zur vorhergesagten Langzeitantwort auf aktuelle und zukünftige Impfstoffe werden bei der Entwicklung wirksamerer Behandlungen helfen und Leben retten.

Schlüsselbegriffe

Rekombination, Streptococcus pneumoniae, Koevolution, menschliches Immunsystem, Vollgenomsequenz, Kapselpolysaccharide, Pneumokokkenlinien, Mosaik-Loci

The role of recombination in evolution and epidemiology of bacterial pathogen Streptococcus pneumoniae

Rekombinationsmechanismen und Koevolution bei menschlichen Krankheitserregern

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