Genom- und funktionelle Analysen zur Wirtsassoziation, Wirtsadaption und Virulenz von Klebsiella pneumoniae

In den letzten Jahren wurden eine Zunahme von Antibiotikaresistenzen sowie Infektionen durch hypervirulente K. pneumoniae (hvKp) mit Sorge beobachtet. Die Tatsache, dass das Vorkommen von K. pneumoniae nicht auf den humanmedizinischen Bereich beschränkt ist, birgt ein Risiko für zoonotische Transmissionen und Reservoire für Antibiotikaresistenzen sowie Virulenzdeterminanten.
Die erste Teilstudie widmete sich daher der Untersuchung der Klebsiella spp.-Population in Lebensmitteln und Tieren. Es wurden Ganzgenomsequenzen von Klebsiella spp.-Isolaten hinsichtlich des Sequenz- und Kapseltyps sowie dem Vorhandensein von Antibiotikaresistenzen und Virulenzgenen charakterisiert und phylogenetisch analysiert. Die Untersuchungen zeigten eine hohe Prävalenz der Spezies K. pneumoniae, mit hoher genetischer Diversität. Als bedeutender Virulenzfaktor wurde das Siderophor Aerobactin (iuc3) in einer Vielzahl von K. pneumoniae-Isolaten aus Schweinen gefunden.
Die zweite Teilstudie widmete sich der Identifizierung und Charakterisierung von hvKp-Isolaten aus Deutschland. Dabei wurden neben den bekannten hypervirulenten Linien, wie ST5, ST23, ST66, ST380 und ST412, auch die bisher selten mit Hypervirulenz assoziierten Sequenztypen ST310 und ST2985 identifiziert. Zudem wurde bei einigen Isolaten Resistenz gegenüber Beta-Laktamen beobachtet. Weiterhin wurden weltweit erfolgreiche antibiotikaresistente Linien wie ST17, ST147, ST307, ST392 und ST395 nachgewiesen, welche zusätzlich Virulenzgene erworben hatten.
In der dritten Teilstudie wurden die Pathogen-Wirts-Interaktionen von verschiedenen K. pneumoniae-Isolaten humanen und tierischen Ursprungs untersucht. In vitro Infektionsversuche ergaben signifikante Unterschiede in Bezug auf die Invasionsfähigkeit, die Phagozytoseresistenz und das Replikationsvermögen zwischen den verschiedenen K. pneumoniae-Pathotypen. Die Resultate aus Untersuchungen des Wachstumsverhalten in Thrombozyten und Serum zeigten, dass Siderophore keine essentiellen Faktoren für die Proliferation von K. pneumoniae in Blutkomponenten darstellen.
Im Rahmen des vierten Teilprojektes konnte gezeigt werden, dass der Transkriptionsregulator rmpA einen Einfluss auf die Zellmorphologie von K. pneumoniae ausübt. Darüber hinaus konnte in in vitro Infektionsexperimenten gezeigt werden, dass die Deletion von rmpA mit einer gesteigerten Invasion in Darmzellen einhergeht.