Adaptive Resistenzmechanismen Gram negativer Keime der ESKAPE Gruppe

Mit dieser longitudinalen, groß angelegten Metagenomik-Multi-Assay-Studie (mBiomR) an erwachsenen Krankenhauspatienten, welche wir im ersten Quartal 2023 beginnen werden, wollen wir die Verteilungsdynamik von gramnegativen Erregern und Enterococcus faecium der "ESKAPE"-Gruppe im Darm, ihre Anpassung und die Resistenzmechanismen als Reaktion auf antimikrobielle Exposition untersuchen. Darüber hinaus wollen wir die Erholung des Darmmikrobioms nach Abschluss der Antibiotikabehandlung untersuchen. Mit den Ergebnissen unserer Studie wollen wir Informationen über Risikofaktoren für die Selektion pathogener gramnegativer Bakterien und Enterococcus faecium, die zur ESKAPE-Gruppe gehören, und deren Resistenzdeterminanten für Kliniker und diejenigen, die an der Infektionskontrolle beteiligt sind, liefern.
Insbesondere wollen wir Antibiotika-/Antibiotikaklassen identifizieren, die für diese Bakterien selektionieren können und für die Resistenzentwicklung/-selektion im Darm verantwortlich sind. Wir werden die Wirkung der beiden am häufigsten verwendeten Antibiotika in Schweizer Spitälern untersuchen. Dieses Wissen kann in die Verschreibungsmuster von Antibiotika einfließen, da die Verabreichung von Antibiotika gegebenenfalls an diejenigen mit dem geringsten Selektionsdruck angepasst werden kann. Folglich können antimikrobielle Stewardship-Strategien auf einem breiteren Verständnis der Auswirkungen verschiedener antimikrobieller Wirkstoffe auf das menschliche Darmmresistom basieren. Diese Studie wird am Kantonsspital St. Gallen (KSSG) in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von Mering, Universität Zürich, durchgeführt und wird vom schweizerischen Nationalfonds (SNF) finanziert.

Delafloxacin (DLX), ein neuartiges nicht-zwitterionisches Fluorchinolon mit dualer Wirkung, wurde von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) und der Europäischen Arzneimittel-Agentur (EMA) für die Behandlung akuter bakterieller Infektionen der Haut und der Hautstrukturen (ABSSSI) und in der community erworbene bakterielle Lungenentzündungen (CPA) bei Erwachsenen zugelassen, die durch bestimmte sensible Bakterien verursacht werden. DLX hat eine ausgezeichnete Aktivität gegen grampositive Organismen und Anaerobier und ähnliche MHKs wie Ciprofloxacin (CIP) gegen gramnegative Bakterien. DLX hat bei neutralem pH-Wert (~7-7,4) anionischen Charakter und liegt bei leicht saurem pH-Wert hauptsächlich in ungeladener Form vor, was sich von anderen Fluorchinolonen (z. B. Ciprofloxacin, Levofloxacin, Moxifloxacin) unterscheidet, die bei saurem pH-Wert als Kationen und bei höheren Werten hauptsächlich als Zwitterionen vorliegen und deren Aktivität im sauren Milieu abnimmt (höhere MHKs). Diese Eigenschaft könnte die stark verbesserte Wirksamkeit von DLX in saurem Milieu erklären, da die nicht ionisierte Form als besser durch biologische Membranen diffundierbar gilt.

Im Gegensatz zu CIP zeigt DLX eine ähnliche Affinität zu beiden Enzymen, der Topoisomerase IV und der DNA-Gyrase, sowohl bei grampositiven als auch bei gramnegativen Bakterien. Darüber hinaus potenziert die Hemmung des Effluxsystems die Aktivität von DLX gegen E. coli in Biofilmen und pathogenen E. coli-Stämme in stationärer Phase. Die Standardbedingungen für In-vitro-Antibiotika-Empfindlichkeitstests spiegeln nicht immer die Mikroumgebungsbedingungen der Infektionsquelle wider. Der pH-Wert von eitrigen Abszessflüssigkeiten liegt zwischen 5,5 und 7,2. Dasselbe gilt für Biofilme - einschließlich der von E. coli -, für die pH-Werte zwischen 3,5 und 6,0 dokumentiert wurden. Angesichts der Bedeutung der Mikroumgebung der Infektionsquelle wollen wir die Resistenzentwicklung von E. coli gegen DLX und CIP in saurem und neutralem Milieu bestimmen.

Die Studie untersucht antimikrobielle Resistenz-Mechanismen von E.coli und P. aeruginosa, die von Patienten mit Harnwegsinfektionen oder Infektionen nach operativen Eingriffen isoliert wurden. Die Proben stammen von Patienten des St. Francis Referral Hospital in Ifakara, Tansania.

Die Studie zielt darauf ab, Wissenslücken zu schließen, indem sie dazu beiträgt, die Resistenzepidemiologie und -mechanismen für die oben genannten Krankheitserreger in Tansania zu definieren. Sie soll dazu beitragen, die Infektionskontrolle vor Ort zu verbessern und den Ärzten als Leitfaden für die Wahl der antimikrobiellen Behandlung zu dienen. Es handelt sich um eine grosse Longitudinalstudie, die zusätzlich auch Risikofaktoren für die Selektion der Antibiotikaresistenz untersucht.

Die Studie wird in Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Tropeninstitut durchgeführt und befindet sich in der Phase der Patienten-/Probenrekrutierung. 

In dieser Studie, die in Zusammenarbeit mit dem EMBL Heidelberg und der ETH- D BSSE und Empa (Materials Science and Technology) durchgeführt wurde, haben wir die bisher unbekannten Resistenzmechanismen von P. aeruginosa gegenüber Ceftazidim-Avibactam (CZA), einem neuartigen Antibiotikum, mit einem Multi-omics (Genomics, Transcriptomics, Proteomics) Ansatz entschlüsselt. Resistente Derivate wurden durch eine mehrstufige Resistenzselektion für CZA und Meropenem erzeugt und die Kreuzresistenz evaluiert.

Diese Studie befindet sich in der Phase der Genom-Editierung, in der wir interessante Mutationen, die wir in der Whole-genome Sequenzierung (im Vergleich zum Transkriptom und Proteom) gefunden haben, in die Parenteral-Stämme implementieren.