Erforschung einer Quelle multiresistenter Bakterien – Antibiotikaresistenz im Boden und seine Verknüpfung mit unterschiedlichen Landnutzungstypen und -intensitäten

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Dr. Heiko Nacke

(Uni Göttingen)


Humanpathogene Bakterien, die Resistenzen gegen mehrere Antibiotikaklassen aufweisen, stellen ein Risiko für die öffentliche Gesundheit dar und werden als eine der größten globalen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts betrachtet. Einige der Resistenzgene dieser Bakterien wurden im Boden, der ein großes Reservoir von Antibiotikaresistenzen darstellt, aufgespürt und könnten z.B. über das Grundwasser oder Wildtiere verbreitet werden. In diesem Projekt soll die Dynamik des Antibiotikaresistenzpools im Boden entlang eines breiten Spektrums von Landnutzungstypen und -intensitäten innerhalb der drei Biodiversitäts-Exploratorien untersucht werden.

 

Ziele

  • Abschätzung von Landnutzungseffekten auf die Abundanz von Antibiotikaresistenzgenen.
  • Identifizierung landnutzungsbedingter Veränderungen von Gemeinschaftsprofilen antibiotikaresistenter Bodenbakterien.
  • Erfassung von landnutzungsinduzierten Variationen des Vorkommens von Plasmiden, die potentiell die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen ermöglichen.
  • Aufdeckung von Veränderungen bzgl. der Vielfalt von Antibiotikaresistenzgenen und -mechanismen zwischen unterschiedlichen Landnutzungsintensitäten.


Hypothesen

  • Intensive Landnutzung im Grünland, einschließlich Ausbringung von organischem Dünger und Viehbeweidung, erhöht die Abundanz von Antibiotikaresistenzgenen im Boden.
  • Wälder und Grünländer in allen Biodiversitäts-Exploratorien beherbergen Bakterien, die Resistenzen gegen mehrere Antibiotikaklassen aufweisen, aber die Abundanz und Diversität dieser Mikroorganismen zeigt landnutzungsspezifische Veränderungen.    
  • Die Abundanz von IncP-1 Plasmiden (tragen zur Verbreitung von Antibiotikaresistenzen bei) im Grünlandboden ist positiv mit dem Landnutzungindex (LUI) korreliert.
  • Die Diversität von Genen, die Resistenz gegen Veterinärantibiotika vermitteln, ist höher in landwirtschaftlich intensiv gegenüber gering genutzten Grünländern.


Methoden

Um eine robuste Abschätzung von Landnutzungseffekten auf die Abundanz von Antibiotikaresistenzgenen zu erlangen, wird Boden-DNA von allen Grünland-EP Und Wald-VIP Plots mittels quantitativer Echtzeit-PCR analysiert. Landnutzungsinduzierte Veränderungen von Gemeinschaftsprofilen antibiotikaresistenter Bodenbakterien werden innerhalb eines Mikrokosmenexperimentes aufgedeckt. Dieses Experiment schließt die Quantifizierung und Erfassung der zeitlichen Dynamik bakterieller Gemeinschaften ein. Die Gesamtdiversität Antibiotikaresistenz-vermittelnder zirkulärer Plasmide wird unter Verwendung einer „long-read“- Sequenzierungstechnologie abgeschätzt.

Außerdem wird eine funktions-basierte Durchmusterung von zuvor konstruierten Bodenmetagenombanken vorgenommen. Dadurch werden Unterschiede der Vielfalt von Antibiotikaresistenzgenen und -mechanismen zwischen analysierten Landnutzungsintensitäten enthüllt.