Neuartige Interventionen zur Beseitigung von mobilen antimikrobiellen OneHealth Resistenzgenen aus dem menschlichem und tierischem Mikrobiom - MOB-TARGET

Abstract

The most important cases of one-health antimicrobial resistance (AMR) are caused by dissemination of antibiotic resistance genes on mobile genetic elements. In this project, we will develop novel interventions aimed at selectively eliminating mobile AMR from complex human and animal microbiomes. We will focus on two urgent AMR problems:

AMR poses a critical health risk to neonates. We will develop sequence specific antimicrobials (SSA) and conjugative delivery systems to eliminate AMR from the neonatal microbiome. SSAs will include CRISPR-Cas9 systems that will target AMR plasmids, “killer cassettes” that will kill bacteria carrying mobile integrons that are key platforms for AMR, and inducible toxin-intein antimicrobials that will kill cells carrying AMR plasmids. We will test the efficacy of these systems using in vitro and in vivo models of the neonatal human microbiome. Chickens provide a key source of protein in LMICs, but the chicken gut microbiome acts as a reservoir of AMR that can be transmitted to humans. First, we will develop pilus-dependent lytic phage (PDB) as a tool to eliminate mobile ARGs. Second, we will test the ability of both SSAs and PDBs to control AMR in the chicken gut microbiome using in vivo experiments.

Our two-pronged approach will help eliminate AMR from a high-risk patient population and restrict the colonization of humans by decontaminating an important agricultural source of AMR. Die bedeutendsten Fälle von One-Health-Antibiotikaresistenzen (AMR) sind auf die Verbreitung von Resistenzgenen über mobile genetische Elemente zurückzuführen. Im Rahmen dieses Projekts sollen neuartige Ansätze entwickelt werden, um mobile AMR gezielt aus komplexen humanen und tierischen Mikrobiomen zu eliminieren. Der Fokus liegt auf zwei besonders dringlichen AMR-Problembereichen:

AMR stellt ein erhebliches Gesundheitsrisiko für Neugeborene dar. Hierzu werden sequenzspezifische antimikrobielle Wirkstoffe (Sequence-Specific Antimicrobials, SSA) und konjugative Übertragungssysteme entwickelt, mit dem Ziel, AMR aus dem neonatalen Mikrobiom zu entfernen. Zu den geplanten SSA gehören CRISPR-Cas9-Systeme zur gezielten Elimination von AMR-Plasmiden, „Killerkassetten“ zur Abtötung von Bakterien, die mobile Integrons – zentrale Plattformen für AMR – tragen, sowie induzierbare Toxin-Intein-Antimikrobika, die spezifisch Zellen mit AMR-Plasmiden eliminieren. Die Wirksamkeit dieser Systeme wird in in-vitro- und in-vivo-Modellen des neonatalen humanen Mikrobioms untersucht. Das Hühner-Darmmikrobiom stellt ein relevantes Reservoir für AMR dar, insbesondere in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LMICs), wo Hühner eine zentrale Proteinquelle darstellen. Zur gezielten Bekämpfung mobiler Resistenzgene (ARGs) sollen zunächst pilusabhängige lytische Phagen (Pilus-Dependent Bacteriophages, PDB) entwickelt werden. Anschließend wird die Wirksamkeit von SSA und PDB in in-vivo-Experimenten zur Kontrolle von AMR im Hühner-Darmmikrobiom evaluiert.

Dieser zweigleisige Ansatz dient der Eliminierung von AMR in einer besonders gefährdeten Patientengruppe sowie der Reduktion des Risikos einer Übertragung resistenter Erreger vom Tier auf den Menschen durch die gezielte Dekontamination einer bedeutenden landwirtschaftlichen AMR-Quelle.