Molekulare Grundlagen der Tetracyclinresistenz von Isolaten der Genera Pasteurella und Mannheimia

Trotz hoher Resistenzraten gegenüber einer Vielzahl antimikrobieller Wirkstoffe lie-gen bislang nur wenige detaillierte Studien zur Struktur, Lokalisation und Übertragbarkeit von Resistenzgenen bei Pasteurella- ( P.) und Mannheimia- ( M.) Isolaten vor. Am Beispiel der Tetracyclinresistenz (Tc-Resistenz) von P. multocida-, P. aerogenes-, M. haemolytica-, M. varigena- und M. glucosida-Isolaten von Schweinen und Rindern wurden hierzu im Rahmen der vorliegenden Studie unter Verwendung molekularbiologischer Methoden erstmals umfassende und aussagekräftige Daten erarbeitet, die die Bedeutung resistenzvermittelnder Plasmide und Transposons für die Verbreitung der entsprechenden Tc-Resistenzgene ( tet) bestätigen. Im einzelnen wurden tet-Gene der drei Hybridisierungsklassen H, B und G nachgewiesen. (1) Resultate der Untersuchungen zur tet(H)-vermittelten Tc-Resistenz: Das tet(H)-Gen wurde als Bestandteil des auf dem Plasmid pPMT1 von P. multocida lokalisierten 4378 bp großen zusammengesetzten Transposons Tn 5706 identifiziert. Tn 5706 stellt das erste und bislang einzige originär bei Pasteurellen nachgewiesene resistenzvermittelnde Transposon dar. Sein tetR-tet(H)-Genbereich ist von einer Kopie des Insertionselementes IS 1596 strom-abwärts von tetR und IS 1597 stromabwärts von tet(H) flankiert. IS 1596 und IS 1597 sind strukturell eng verwandt und repräsentieren ebenfalls die ersten und bislang einzigen bei Pasteurella-Isolaten originär nachgewiesenen Inser-tionselemente. Die tet(H)-Gene wurden bei insgesamt 15 Isolaten auf Plasmiden nachgewie-sen, wobei drei verschiedene Plasmidtypen unterschiedlicher Größe und Struktur identifiziert wurden. Das 6,8 kbp große Plasmid pPMT1, das über eine komplette Tn 5706-Kopie verfügt, wurde nur bei einem P. multocida-Isolat nachgewiesen. Das 5,5 kbp große Plasmid pPAT1, das über den tetR- tet(H)-Genbereich und ein IS 1597-Rudiment verfügt, war bei zwei P. aerogenes- und sechs P. multocida-Isolaten porciner Herkunft zu finden. Der terminale Bereich des tet(H)-Gens von pPAT1 zeigt infolge einer Rekombination mit einem inter-nen Segment von IS 1597 eine charakteristische Verkürzung des tet(H)-Lese-rahmens um 8 Kodons. Das 4,4 kbp Plasmid pMHT1, das lediglich einen Tn 5706-analogen tetR- tet(H)-Genbereich trägt, war bei drei P. multocida- und je einem M. haemolytica-, M. varigena- und M. glucosida-Isolat unterschiedli-cher tierartlicher und geographischer Herkunft nachweisbar. Alle tet(H)-tra-genden Plasmide vermittelten außer Tc-Resistenz keine weiteren Resistenz-eigenschaften. Chromosomal lokalisierte tet(H)-Gene waren bei drei P. multocida-, zwei P. aerogenes-, einem M. varigena- und 16 M. haemolytica-Isolaten nachweisbar. Erstmalig konnten Restriktionsfragmentlängenpolymorphismen (RFLPs) tet(H)-tragender HindIII-Fragmente ermittelt werden. Basierend auf der Anzahl der hybridisierenden Fragmente konnte bei allen Isolaten eine Kopie nachge-wiesen werden. Ausnahmen stellten ein P. multocida- und ein M. haemolytica-Isolat dar, die je über vier Kopien des tet(H)-Gens verfügten. Eine Korrelation zwischen der Anzahl der tet(H)-Genkopien und den MHK-Werten für Tc war nicht feststellbar. Basierend auf der Größe der mit der tet(H)-Gensonde hy-bridisierenden HindIII-Fragmente und der mit der IS 1596/IS 1597-spezifischen Gensonde hybridisierenden EcoRV-Fragmente ergaben sich nur bei einem M. varigena-Isolat deutliche Hinweise auf die Präsenz eines kompletten Tn 5706-Elementes in der chromosomalen DNA. (2) Resultate der Untersuchungen zur tet(B)-vermittelten Tc-Resistenz: Erstmalig konnte eine Tn 10-analoge tetR- tet(B)-Genregion auf einem kleinen Plasmid, dem 4,8 kbp Plasmid pPAT2 von einem porcinen P. aerogenes-Isolat, nachgewiesen werden. Dieses Plasmid verfügt ebenfalls über ein IS 10-Rudiment, was auf die frühere Präsenz einer kompletten Tn 10-Kopie hinweist. Rekombinationsstellen, die möglicherweise bei der Deletion dieses Transposons eine Rolle spielten, wurden identifiziert. Chromosomal lokalisierte tet(B)-Gene ließen sich bei zwei P. multocida- und 22 P. aerogenes-Isolaten nachweisen. Auch hier waren erstmalig RFLPs tet(B)-tragender SfuI-Fragmente in Form von sieben verschiedenen Hybridisierungsmustern zu beobachten. Basierend auf der Anzahl der hybridisierenden Fragmente konnten bei den P. multocida-Isolaten singuläre Kopien und bei den P. aerogenes-Isolaten eine oder in vier Fällen zwei Kopien des tet(B)-Gens nachgewiesen werden. Eine Korrelation zwischen der Anzahl der tet(B)-Genkopien und den MHK-Werten für Tc war nicht feststellbar. Basierend auf der Größe der mit der tet(B)-Gensonde hybridisierenden SfuI-Fragmente verfügten 17 der 24 tet(B)-tragenden Isolate über zumindest eine komplette Tn 10-Kopie in ihrer chromosomalen DNA. (3) Resultate der Untersuchungen zur tet(G)-vermittelten Tc-Resistenz: Gene der Hybridisierungsklasse G wurden erstmalig in der chromosomalen DNA von sechs bovinen M. haemolytica-Isolaten nachgewiesen. Dieser Nachweis wurde durch die Sequenzierung eines PCR-amplifizierten internen Segmentes des tet(G)-Gens bestätigt. Zwei unterschiedliche Hybridisie-rungsmuster bestehend aus einer bzw. zwei Banden lassen eine bzw. zwei Kopien des tet(G)-Gens bei den betreffenden Isolaten vermuten. Die Identifizierung eines neuartigen Transposons und die molekulare Charakterisie-rung eines tet(B)- und drei tet(H)-tragender Plasmidtypen ermöglichte erstmals detaillierte Aussagen zur transferablen Tc-Resistenz bei Pasteurella- und Mannheimia-Isolaten. Die bei P. aerogenes, M. varigena und M. glucosida identifi-zierten tet(H)-tragenden Plasmide stellen zudem die ersten bei diesen Spezies iden-tifizierten Resistenzplasmide dar. Der Nachweis von pPAT1-Plasmiden bei P. aero-genes und P. multocida, sowie von pMHT1-Plasmiden bei P. multocida, M. haemoly-tica, M. varigena und M. glucosida bestätigen in-vivo stattfindende Interspezies- bzw. Intergenustransferprozesse. Die Lokalisation transposonassoziierter tet(H)- und tet(B)-Gene in der chromosmalen DNA bekräftigt die Fähigkeit der entsprechenden Transposons, im Zuge ihrer Ausbreitung in neue Vektormoleküle zu integrieren. Die habitatabhängige Verteilung der tet(H)- und tet(B)-Gene bei Pasteurella- und Mann-heimia-Isolaten unterstreicht zudem die Rolle des jeweils in Respirations- und Intesti-naltrakt bestehenden Resistenzgenpools für die Ausbreitung von antimikrobiellen Resistenzgenen.