Eine neue Studie unter der Leitung von Yuqin Song und Jie Feng vom Institut für Mikrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat einen bisher unbekannten Mechanismus aufgedeckt, mit dem sich der Krankenhauspathogen Acinetobacter baumannii an seinen Wirt anpasst. Die in mLife veröffentlichte Forschung zeigt, dass die Amplifikation des crp-osmC-Genclusters, vermittelt durch die Insertionssequenz ISAba1, die bakterielle Fitness in Wirtsumgebungen erhöht, aber gleichzeitig die Biofilmbildung reduziert und die Empfindlichkeit gegenüber mehreren Antibiotika erhöht.
Acinetobacter baumannii ist eine Hauptursache für im Krankenhaus erworbene Infektionen und bekannt für seine Multiresistenz und seine Fähigkeit, in klinischen Umgebungen zu persistieren. Durch die Analyse von 582 vollständigen Genomen fanden die Forscher heraus, dass ISAba1 die Insertionssequenz war, die am häufigsten mit Genamplifikation assoziiert war. Neben bekannten Resistenzgenen identifizierten sie ein wiederkehrend amplifiziertes crp-osmC-Cluster, das von ISAba1-Elementen flankiert wird und ein zusammengesetztes Transposon bildet, das als Tn7691 bezeichnet wird. Die Analyse von 7.490 Genomen ergab eine starke Assoziation zwischen Tn7691 und der weltweit verbreiteten Hochrisiko-ST2-Linie.
Um die biologische Bedeutung dieser Amplifikation zu bestimmen, erhöhte das Team experimentell die Kopienzahl des crp-osmC-Clusters in A. baumannii. Der amplifizierte Stamm zeigte ein verbessertes Wachstum in späteren Phasen und einen Wettbewerbsvorteil in der Co-Kultur. Wichtiger noch: Er verbesserte die bakterielle Fitness in Mausmodellen für Lungeninfektion und Darmbesiedlung und verbesserte das Überleben in Mausserum, was eine Rolle bei der wirtsassoziierten Anpassung unterstützt.
Die Transkriptomanalyse gab Einblick in die Mechanismen. Die Amplifikation war mit einer erhöhten Expression von Genen verbunden, die am Phenylalanin-Stoffwechsel, der Siderophor-Biosynthese und dem Schwefelstoffwechsel beteiligt sind, was möglicherweise die metabolische Flexibilität und die Nährstoffaufnahme unter nährstofflimitierten Wirtsbedingungen verbessert. Die Forscher zeigten außerdem, dass CRP seine DNA-Bindungsaktivität behält und direkt an den Promotor des siderophorassoziierten bas-Genclusters bindet, was seine regulatorische Rolle bei der Eisenaufnahme unterstützt.
Der Anpassungsvorteil ging jedoch mit Kosten einher. Der amplifizierte Stamm wies eine verringerte Expression von Genen auf, die an Pili- und Biofilmbildung beteiligt sind, sowie eine verminderte Biofilmbildung. Unerwarteterweise erhöhte er auch die Empfindlichkeit gegenüber mehreren Antibiotika. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine verbesserte wirtsassoziierte Fitness mit einem Trade-off bei der Antibiotikaresistenz einhergehen kann.
Die Studie erweitert die konventionelle Sicht, dass Insertionssequenz-vermittelte Genamplifikation in erster Linie die antimikrobielle Resistenz antreibt. Sie zeigt, dass ISAba1-vermittelte Amplifikation auch die wirtsassoziierte Fitness umgestalten kann, was neue Einblicke in die genomische Plastizität und den klinischen Erfolg von A. baumannii liefert. Für Kliniker impliziert der Trade-off, dass sich an den Wirt anpassende Stämme gegenüber bestimmten Antibiotika empfindlicher werden könnten, was möglicherweise Behandlungsstrategien beeinflusst. Für Forscher unterstreicht es die Notwendigkeit, Wirtsanpassungsmechanismen bei der Bekämpfung multiresistenter Pathogene zu berücksichtigen.
