Effekt der Carbapenemasen Vim1, Ndm1 und Oxa48 auf die bakterielle Fitness von E. coli K12 MG1655

Effect of the carbapenemases Vim1, Ndm1 and Oxa48 on the bacterial fitness of E. coli K12 MG1655

by Annika Jeibmann
Doctoral thesis
Date of Examination:2022-09-15
Date of issue:2022-09-14
Advisor:Prof. Dr. Uwe Groß
Referee:Prof. Dr. Uwe Groß
Referee:PD Dr. Anja Uhmann
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9442

 

 

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Name:Dissertation AJ 08.09.2022 EDiss.pdf
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Abstract

English

Antibiotic resistance is an important subject in clinic medicine. As part of this doctor's thesis, the effect of three different Carbapenemases Vim1, Ndm1 and Oxa48 on bacterial fitness of E. coli bacteria was examined. For this purpose, different target strains were designed by genetic engineering and plasmid transfection. A single copy of Carbapenemase-genes was integrated through Recombineering in the baterial lacZ-locus, in part with endogenous lacZ-promotor or with exogenous pFPV-promotor. Other target strains with and without deletion Δara were transfected with low copy pFPV-plasmids. Target strains were compared regarding their fitness to isogenic wildtype strains without carbapenemase gene. As parts of the fitness, minimal inhibitory concentration of Ertapenem, doubling time, bacterial growth curve, maximum optical densitiy and vitality were analysed. Effects on the bacterial fitness were assessed by selection coefficient out of competition assays. In summary, the effect of the Carbapenemase depended on expressivity of the enzyme and was influenced by the genomic context. Even when the carbapenemase was functionally expressed, there was not necessarily a negative effect on the bacterial fitness.
Keywords: carbapenemase; bacterial fitness; microbiology; vim1; ndm1; oxa48; fitness cost; competition assay; recombineering

German

Antibiotikaresistenzen sind ein wichtiges klinisches Thema. Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Effekte der drei Carbapenemasen Vim1, Ndm1 und Oxa48 auf die bakterielle Fitness von E. coli-Bakterien untersucht. Hierzu wurden mit der gentechnischen Methode des Recombineerings und der Plasmidtransfektion verschiedene Zielstämme hergestellt. Mittels Recombineering wurden die Carbapenemasegene in einfacher Kopie in den lac-Z locus integriert, teils mit endogenem lacZ-Promotor, teils mit exogenem pFPV-Promotor. Über Plasmidübertragung wurden Zielstämme mit dem low copy Expressionsplasmid pFPV mit eingebrachtem Carbapenemasegen in E. coli-Stämme mit Deletion Δara und Wildtyp im Arabinosegen hergestellt. Die Zielstämme wurden im Vergleich zu einem ansonsten isogenen Referenzstamm ohne Carbapenemasegen auf ihre Fitness hin untersucht. Als Einzelaspekte der Fitness wurden die minimale Hemmkonzentration für Ertapenem, die Verdopplungszeit, die Wachstumskurve, die maximale optische Dichte und die Vitalität der Bakterien untersucht. Die Fitnesseffekte wurden anhand der Selektionskoeffizienten aus Competition Assays beurteilt. Zusammenfassend war der Effekt der Carbapenemase abhängig von der Expressivität des Enzyms und beeinflusst durch den genetischen Kontext. Auch bei funktioneller Expression der Carbapenemase zeigte sich entgegen der Erwartung nicht zwingend ein nachteiliger Effekt auf die bakterielle Fitness.
Schlagwörter: Carbepenemasen; Vim1; Ndm1; Oxa48; bakterielle Fitness; Fitnesseffekte; Mirkobiologie; Competition Assay; Recombineering
 
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