Universität zu Köln

Die Gattung Acinetobacter beinhaltet eine heterogene Gruppe von Bakterien, von denen einige lediglich als Umweltkeime anzusehen, andere hingegen von klinischer Relevanz sind. Nosokomiale Infektionen werden vorwiegend von Acinetobacter baumannii hervorgerufen, gefolgt von anderen Mitgliedern der A. baumannii Gruppe wie beispielsweise A. pittii oder A. nosocomialis. Andere Acinetobacter Spezies als jene, die der A. baumannii Gruppe angehören sind hingegen selten die Verursacher von nosokomialen Infektionen. Spezies aus der Gattung Acinetobacter haben durch ihre Fähigkeit Biofilme auszubilden ein ausgeprägtes pathogenes Potential gezeigt, welches ihnen neben einer ausgeprägten Toleranz gegenüber Austrocknung ein Überleben in einer klinischen Umgebung erlaubt. Obwohl A. baumannii die Spezies mit der höchsten Prävalenz ist, ist das Auftreten von A. pittii im Verlauf der Jahre deutlich häufiger geworden. Infektionen betreffen am häufigsten chronisch erkrankte und multimorbide sowie beatmete Patient:innen in intensivstationären Settings, wohingegen ambulant erworbene Infektionen selten sind. Die häufigste Infektion, die durch Spezies aus der A. baumannii Gruppe verursacht wird ist die Pneumonie, insbeondere bei endotracheal beatmeten Patienten. Zu anderen möglichen Infektfoki zählen das Nervensystem, Weichteilgewebe, Knochen ebenso wie die Blutbahn und die Harnwege. Spezies der Gattung Acinetobacter neigen zu einer raschen Resistenzentwicklung gegen Antiinfektiva. Dieses Potential wird durch ihre Fähigkeit zur Mutation und zur Hochregulation intrinsisch vorliegender Resistenzmechanismen begünstigt, ebenso wie durch ihre Fähigkeit, rasch Resistenzgene aufnehmen zu können. Letzteres ist in der Fähigkeit zum horizontalen Gentransfer begründet. Hierbei handelt es sich um einen Sammelbegriff, der verschiedene Mechanismen zusammenfasst, durch die Bakterien genetisches Material entweder von anderen Bakterien oder aus der Umwelt erwerben können. Hierbei ist die Konjugation der bei Acinetobacter am meisten erforschte Mechanismus, bei dem Plasmide (zirkuläre DNA- Elemente) oder integrative konjugative Elemente (typischerweise chomosomale DNA- Fragmente, die aus dem Chromosom herausgelöst werden können) zwischen zwei Bakterien mittels direktem Zellkontakt transferiert werden können. Acinetobacter zeigen ebenso eine außergewöhnliche Genomplastizität, welche durch das Vorliegen von mobilen genetischen Elementen wie Insertionselementen, Integrons und Transposons hervorgerufen wird, die als Hauptbeteiligten an intrazellulärer Mobilität fungieren. Insertionselemente und Transposons sind DNA-Elemente, die sich zwischen demselben oder unterschiedlichen DNA-Molekülen mobilisieren können, was den Austausch von genetischem Material zwischen dem Chromosom und gegebenenfalls mobilsierbaren Plasmiden möglich macht. Integrons 10 hingegen sind DNA-Sequenzen, die für eine Integrase kodieren, die oftmals Resistenzgen- tragende Genkassetten in die DNA integrieren kann. In Acinetobacter waren bislang die meisten MBLs entweder mit Integrons oder durch Insertionselemente gebildeten Transposons assoziiert. Die hohe Prävalenz von mobilen genetischen Elementen führt zu einer hohen Zahl an multiresistenten Isolaten. Hierbei ist die Resistenz gegenüber Carbapenemen besonders besorgniserregend, da diese die Erstlinientherapie gegen Acinetobacter Infektionen darstellen. Die Resistenz gegenüber β- Laktamantibiotika ist bei Acinetobacter in der Regel durch β-Laktamasen bedingt, die anhand ihrer Aminosäurensequenz in die Ambler-Klassen A bis D gruppiert werden können. Acinetobacter produzieren zwei chromosomal kodierte β-Laktamasen, eine Cephalosporinase der Ambler-Klasse B (blaADC) und eine Oxacillinase der Ambler-Klasse D (blaOXA). Erworbene Resistenz gegenüber β-Laktamantibiotika wird oft durch die Hochregulierung von blaADC oder durch erworbene Oxacillinasen (Klasse D) oder Metallo-β-Laktamasen (MBL) der Klasse B verursacht. Als häufigste erworbene MBLs sind IMP, NDM oder VIM zu nennen. Da die Forschung bezüglich Carbapenem-Resistenz in anderen Acinetobacter Spezies abgesehen von A. baumannii bislang lückenhaft ist, war es unser Ziel, Carbapenem-Resistenz durch MBL in A. pittii Isolaten zu untersuchen und hierbei entdeckte MBL-kodierende Plasmide vollständig zu charakterisieren. Unsere Studie untersuchte siebzehn Carbapenem-resistente A. pittii Isolate aus Deutschland, die eine MBL kodierten und zwischen 2010 und 2015 isoliert wurden. MBL-kodierende Resistenzgene, die in den Stämmen mittels whole genome sequencing identifiziert werden konnten waren blaNDM-1, blaGIM-1, blaVIM-2 and blaVIM-4. Eine molekulare Typisierung mittels cgMLST zeigte, dass 3 Isolate am ehesten Teil eines Ausbruchs waren während die anderen vierzehn Isolate epidemiologisch nicht verwandt waren. Anschließend wurde die genetische Plattform der MBLs durch S1 Pulsed Field-Gelelektrophorese und Southern Blot identifiziert. Zehn Isolate besaßen MBL-kodierende Plasmide (alle Isolate, in denen blaGIM-1 und blaVIM-2 und drei der Isolate, in denen blaNDM-1 gefunden wurde), wohingegen bei sieben Isolaten die MBLs chromosomal kodiert wurden (alle Isolate, in denen blaVIM-4 und die restlichen Isolate, in denen blaNDM-1 gefunden wurden). Das Mapping der Plasmide wurde mittels Unicycler durchgeführt, indem aus den short read-Sequenzen des MiSeq und den long read-Sequenzen des MinION Hybrid-Assemblies erzeugt wurden. Die Konjugation der Plasmide in E. coli und A. baumannii wurde mittels „broth mating“ überprüft. Die Konjugation in E. coli war nicht erfolgreich, während alle Plasmide, die blaNDM-1 enthielten und vier der fünf Plasmide, die blaGIM-1 enthielten, in A. baumannii konjugativ waren. Obwohl die Isolate klinisch nicht verwandt waren, zeigten die Plasmide eine hohe Ähnlichkeit. Das genetische Grundgerüst der Plasmide zeigte eine Übereinstimmung von >99%. Signifikante Unterschiede imponierten 11 lediglich in der MBL-kodierenden Region. Die blaNDM-1-enthaltenden Plasmide zeigten hohe Ähnlichkeit zu anderen Plasmiden, die weltweit in Acinetobacter beschrieben worden sind, insbesondere in Asien und Nord- und Südamerika, wohingegen die blaVIM-2- und blaGIM-1- kodierenden Plasmide bislang noch nicht beschrieben wurden. blaVIM-2- und blaGIM-1 waren in einem Cluster von Resistenzgenen angeordnet, welches von einer Integrase (IntI1-like) flankiert wurde und Ähnlichkeit zu Transposon TnAs3 besaß. Daher stellten wir die Hypothese auf, dass die blaVIM-2- und blaGIM-1-kodierenden Plasmide Varianten des ursprünglichen, blaNDM- 1-kodierenden Plasmids sind, die eine Integrase erworben haben – möglicherweise mittels eines Transposons – welche anschließend verantwortlich für die Integration von Resistenzgen-tragenden Genkassetten in das Plasmid war. Während das blaNDM-1-kodierende Plasmid bereits weltweit in Isolaten identifiziert werden konnte, ist diese Studie die erste, die Varianten dieses Plasmids beschreibt, die eine andere MBL abgesehen von blaNDM-1 enthalten. Dies könnte darauf hinweisen, dass diese neuen Plasmidvarianten ihren Ursprung in Deutschland haben. Weitere Forschung bezüglich MBL-kodierender A. pittii in anderen europäischen Ländern könnte ein genaueres Bild der aktuellen Verteilung der Resistenzmuster in Acinetobacter in Europa zeichnen und die Prävalenz von Plasmidvarianten des ursprünglichen blaNDM-1-kodierenden Plasmids klären. Es ist wichtig zudem zu beachten, dass bei zukünftiger, komparativer Plasmidanalyse aufgrund der außergewöhnlichen Genomplastizität von Acinetobacter und der Kompatibilität von mobilen genetischen Elementen zwischen verschiedenen Acinetobacter Spezies nicht nur eine einzelne Spezies mit einbezogen werden sollte. Des Weiteren sollte die Plasmidanalyse, insbesondere die Analyse des Resistoms, unabhängig von der Analyse des gesamten bakteriellen Genoms durchgeführt werden, da bislang verwandte Plasmide in nicht verwandten Wirtsbakterien gefunden werden.

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