Wissensbasierter Ansatz zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen

Integrone sind Genabschnitte, mit denen Bakterien auf hoch effiziente Weise DNA-Bereiche etwa aus Plasmiden einfangen können, die sich danach verselbstständigen, was sie zu wichtigen Zielstrukturen im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen macht. Das Projekt ICADIGE (The integron cassette dynamics and the integrase gene expression) untersuchte die molekulare Dynamik des Integrons und des Enzyms Integrase, mit dem weitere Gene eingebaut werden.

Schwerpunkt waren Gene und Genprodukte, die für die Insertion weiterer Kassetten zuständig sind. Insbesondere waren dies das Gen int1, das für ein Enzym aus der Integrase-Familie kodiert, sowie eine attC-Sequenz, die Kassetten flankiert und die Integration weiterer Kassetten an der attI-Stelle ermöglicht.

Um das evolutionäre Potenzial des Integraseproteins zu erkunden, wurde das Gen int1 in zwei alternative, aber synonyme Gene umcodiert, um die Mutationen dann gerichteter Evolution zu unterziehen. So gelang es, die Häufigkeit der einzelnen Mutationen zu bestimmen und strukturelle Einschränkungen der Reaktion zu charakterisieren.

Durch parallele Analysen der Evolution aller drei Gene induzierte ICADIGE Elemente für die konvergente und parallele Evolution, epistatische Wechselwirkungen (wenn Allele der Mutationen Effekte anderer Mutationen überdecken) sowie die Re-Evolution von Aminosäureresten.

Sind die resistenzfördernden Komponenten bekannt, können Moleküle gegen Rekombinationsereignisse entwickelt werden, über die neue resistenzvermittelnde Mutationen entstehen. In Kristallisationsstudien kann nun die Rolle der isolierten Schlüsselproteine bei der Entstehung von AR geklärt werden.