Emergente Toleranz von Biofilmen gegen Antibiotika und deren Entstehung aus multizellulären Effekten von Antibiotika-Efflux

• Prof Dr Rosalind J Allen  Friedrich-Schiller Universität Jena, Institute für Mikrobiologie.
• Dr Frank Schreiber Bundesanstalt für Materialforschung und –Prüfung.

© GH-FS, BAM

In diesem Projekt soll der Zusammenhang zwischen der Aktivität von bakteriellen Multi-Drug-Efflux-Pumpen, multizellulärer Strukturen von Bakterien und der sich daraus entwickelnden Funktion der Antibiotikatoleranz von Biofilmen aufgeklärt werden.

Biofilme sind multizelluläre Ansammlungen von Bakterien, in denen Zell-Zell-Interaktionen über Stoffwechsel und Signalübertragung zu neuen strukturellen und funktionellen Eigenschaften führen. Biofilme lassen sich bekanntlich nur schwer mit antimikrobiellen Substanzen abtöten, ein Phänomen, das als Toleranz bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine emergente multizelluläre Eigenschaft, da Biofilme eine viel größere Toleranz aufweisen als planktonische Zellen. Toleranz unterscheidet sich von antimikrobieller Resistenz, kann aber ein Zwischenschritt auf dem Weg zu Resistenz sein.

Unser Projekt fokussiert sich auf die Mechanismen, die zur Entstehung antimikrobieller Toleranz in Biofilmen führen. Frühere Studien deuten auf eine Schlüsselrolle von Multi-Drug-Efflux-Pumpen hin. Efflux-Pumpen sind Proteinkomplexe, die die bakterielle Membran durchziehen und giftige Substanzen aus der Zelle pumpen können.

Unser Ziel ist es, ein vorhersagendes, mathematisches Modell für die durch Efflux vermittelte antimikrobielle Toleranz in multizellulären Bakterienpopulationen zu entwickeln. Experimentelle Daten sollen wichtige Parameter für das Modell liefern und die Vorhersagen des Modells bestätigen. Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Aktivität von Efflux-Pumpen zu räumlichen Interaktionen zwischen einzelnen Zellen führt und damit die Entstehung von nicht-wachsenden, hoch-toleranten Persisterzellen im Biofilm induziert.

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