Die Zunahme der Resistenz von Mikroorganismen gegen antimikrobielle Substanzen stellt eine Bedrohung f\u00fcr die \u00f6ffentliche Gesundheit dar: direkt, durch mikrobiellen Infektionen, die durch Antibiotika nicht mehr behandelbar sind, und indirekt durch die Verringerung der Wirksamkeit von antimikrobiellen Bioziden bei der Desinfektion und im biologischen Materialschutz. Das Verst\u00e4ndnis und die Bek\u00e4mpfung von antimikrobieller Resistenz erfordern einen One-Health Ansatz, der die Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt als miteinander verbundene Problemfelder betrachtet. Aufgrund der COVID-19-Pandemie steigt der Einsatz von Antibiotika und Bioziden. Dieser Umstand wird das Problem der Resistenz versch\u00e4rfen, da eine erh\u00f6hte Exposition nicht nur das Risiko der Entstehung von Resistenz am Einsatzort erh\u00f6ht, sondern auch zu einer verst\u00e4rkten Kontamination der Umwelt f\u00fchrt und damit die Entwicklung und Verbreitung von resistenten Organismen in der Umwelt f\u00f6rdert.<\/p>\n
Eine Hauptquelle f\u00fcr antimikrobielle Resistenzen in der Umwelt ist der urbane Wasserkreislauf, wobei Kl\u00e4rwerke einen Hotspot f\u00fcr die Entstehung und Verbreitung von Organismen mit antimikrobiellen Resistenzen gelten. Obwohl die Resistenz in einer antimikrobiell-freien Umgebung oft mit Fitnesskosten verbunden ist, haben resistente Bakterien nachweislich mit nicht-resistenten St\u00e4mmen in mikrobiellen Gemeinschaften \u00fcber l\u00e4ngere Zeit koexistiert. Die Theorie der \u00f6kologischen Koexistenz besagt, dass Bakterien dies erreichen k\u00f6nnen indem sie sich durch die Besiedlung neuer \u00f6kologischen Nischen dem direkten Wettbewerb entziehen. Jedoch wurde dies noch nie f\u00fcr resistente Bakterien in Abwasser untersucht. Resistenzmechanismen sind oft eng mit dem Stoffwechsel verwoben und k\u00f6nnen so eine neue Stoffwechselnische definieren (z. B. durch die Verwendung eines anderen Substrats). Zudem sind die meisten Abw\u00e4sser dynamisch und Schwankungen von Ressourcen oder antimikrobiellen Substanzen k\u00f6nnen die Besiedlung tempor\u00e4rer Nischen erm\u00f6glichen.<\/p>\n
Das Ziel des Projekts<\/strong> ist die Identifizierung \u00f6kologischer Nischen und Mechanismen, die es Bakterien mit Resistenzen gegen Antibiotika und Biozide erm\u00f6glichen, in Abwasser zu \u00fcberleben. Die Ergebnisse sollen dann dazu verwendet werden, um Abwasserbehandlungsverfahren zu entwickeln, die die Freisetzung von antimikrobiell-resistenten Bakterien durch das Abwasser minimieren. Um dieses Ziel zu erreichen, werde ich experimentelle und theoretische Methoden kombinieren, die in der \u00f6kologischen Koexistenztheorie eingebettet sind. Insgesamt wird das Projekt das Verst\u00e4ndnis der Mechanismen von der Persistenz antimikrobiell-resistenter Bakterien f\u00f6rdern und wird damit unmittelbar zur Gestaltung von Eind\u00e4mmungsstrategien beitragen.<\/p>\n 62 E. coli<\/em> Isolate, die Resistenzen gegen verschiedene Antibiotika aufweisen, wurden f\u00fcr deren Empfindlichkeit gegen 3 Biozide (Didecyldimethylammoniumchlorid,\u00a02-Methyl-4-isothiazolin-3-on und Chlorhexidine) charakterisiert. Die Isolate hatten nur eine geringe Resistenz gegen den Bioziden im Vergleich zu der Resistenz gegen den Antibiotika.\u00a0<\/p>\n Au\u00dferdem, wurden auf der Grundlage der Genomsequenzen der 62 Isolate Genome Scale Metabolic Models (GEMs) konstruiert. Das Wachstum der Isolate wurde mithilfe der GEMs in Minimalmedium mit jeweils einer von 298 Kohlenstoffquellen simuliert. 40 Kohlenstoffquellen wurden identifiziert, die von nur einem Teil der Isolate verwendet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n Die Wachstumsraten der Isolate wurden in der Gegenwart von Glukose, D-Malat und Saccharose als einzige Kohlenstoffquellen gemessen. Alle Isolate k\u00f6nnen Glukose verstoffwechseln aber nur ein Teil der Isolate kann mit D-Malat oder Saccharose wachsen. Die Vorhersage der GEMs f\u00fcr D-Malat war f\u00fcr 93% der Isolate korrekt.\u00a0<\/p>\n 10 Isolate wurden identifiziert, von denen 5 resistent gegen den Antibiotika Ciprofloxacin, Gentamycin und Tetracyclin sind und auf Saccharose aber nicht auf D-Malat wachsen k\u00f6nnen. Die andere 5 Isolate sind empfindlich gegen die gleichen Antibiotika und k\u00f6nnen auf D-Malat wachsen aber nicht auf Saccharose.<\/p>\n Konkurrenzversuche wurden mit Gemischen aus den 10 ausgew\u00e4hlten Isolaten im Minimalmedium mit einer der drei Kohlenstoffquellen durchgef\u00fchrt. Die Anzahl der resistenten und sensitiven Bakterien wurde durch selektives Plattieren auf antibiotikahaltigen Agarplatten bestimmt. Mit D-Malat als Kohlenstoffquelle konnte gegen die resistenten Bakterien selektiert werden.<\/p>\n Ein mathematisches Modell wurde entwickelt, um Vorhersagen f\u00fcr die Konkurrenz von mehreren Bakterienst\u00e4mmen zu treffen. Das Modell sagt voraus, dass die Zugabe von D-Malat in einem System, das nur Glukose als Kohlenstoffquelle enth\u00e4lt und in dem nur empfindliche Bakterien in der Lage sind, D-Malat zu nutzen, die Anzahl der resistenten Bakterien \u00fcber mehrere Wachstumszyklen hinweg verringern w\u00fcrde.<\/p>\n Die Ergebnisse des Modells m\u00fcssen in der n\u00e4chsten Projektphase experimentell validiert werden. Zudem sollen die hier demonstrierten Konzepte unter komplexeren Bedingungen experimentell getestet werden. \u00a0<\/p>\n \u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die Zunahme der Resistenz von Mikroorganismen gegen antimikrobielle Substanzen stellt eine Bedrohung f\u00fcr die \u00f6ffentliche Gesundheit dar: direkt, durch mikrobiellen Infektionen, die durch Antibiotika nicht mehr behandelbar sind, und indirekt durch die Verringerung der Wirksamkeit von antimikrobiellen Bioziden bei der Desinfektion und im biologischen Materialschutz. 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