Genomweite Assoziationsstudien zur Identifizierung Resistenz vermittelnder Mutationen in Staphylococcus aureus – Chancen und Limitationen eines leistungsfähigen Tools

Staphylococcus aureus ist ein fakultativ pathogenes Bakterium, das weltweit für eine Vielzahl sowohl ambulanter als auch nosokomialer Infektionen verantwortlich ist. Insbesondere die Entstehung und Verbreitung Methicillin-resistenter S. aureus (MRSA) Stämme gelten als ernst zu nehmende Bedrohung für die öffentliche Gesundheit. Mit der Entwicklung neuer Substanzen wie Daptomycin (DAP) und Ceftarolin (CPT) wurde versucht, dieser Bedrohung entgegenzuwirken. Doch bereits kurze Zeit nach der Zulassung dieser Substanzen wurden erste Resistenzentwicklungen beobachtet, deren molekulare Grundlagen bisher nur unvollständig geklärt werden konnten. Zur Identifikation von Einzelnukleotid Polymorphismen (engl. single nucleotide polymorphisms; SNPs), die signifikant mit einer DAP- bzw. CPT-Resistenz in S. aureus assoziiert sind, etablierten wir repräsentative Stammsammlungen von resistenten und sensiblen klinischen S. aureus Isolaten. In der anschließenden Assoziationstestung nutzten wir die Softwaretools PLINK und SEER, um sowohl referenzbasierte als auch Alignment-freie Algorithmen auf ihre Eignung zur Detektion potentieller Assoziationen zu untersuchen. In der DAP-GWAS identifizierten wir genetische Varianten, die signifikant mit dem DAP-R Phänotyp assoziiert wurden und bereits in vorhergehenden Untersuchungen als ursächlich für die Ausbildung einer DAP-Resistenz in S. aureus beschrieben wurden. Zusätzlich konnten mittels vergleichender Genomanalysen weitere, bisher unbeschriebene Mutationen in mprF und bekannten Kandidatengenen detektiert werden. Im Gegensatz dazu konnten wir in der CPT-GWAS keine Mutationen detektieren, die signifikant mit dem CPT-R Phänotyp in S. aureus assoziiert wurden. Mittels manueller Analysen konnten wir Mutationen in mecA detektieren, die zum Teil bereits als kausal für die Etablierung einer CPT-Resistenz in S. aureus beschrieben wurden. Die in dieser Arbeit durchgeführten Assoziationsstudien verdeutlichen das Potential von GWAS, kausale Mutationen mit einem Phänotyp von Interesse zu assoziieren. Dabei konnten wir Chancen aber auch Limitationen der angewandten Tools identifizieren, die dazu beitragen sollen, die Erfolge der Methodik in zukünftigen Studien zu maximieren.