Titelaufnahme

Titel
Der Einfluss des ABC-Transporters CesCD auf die Vermittlung von (Selbst-)Resistenz in Bacillus cereus
Weitere Titel
The influence of the ABC transporter cesCD on the mediation of (self-)resistance in Bacillus cereus
VerfasserKerschtischitz, Philipp
Betreuer / BetreuerinStefanik, Veronika
Erschienen2017
Datum der AbgabeJuni 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)ABC-Transporter / Bacillus cereus / Cereulid / CesCD / MHK / pH-Wert / Resistenz
Schlagwörter (EN)ABC transporter / Bacillus cereus / Cereulide / CesCD / MIC / pH / Resistance
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Hintergrund: Das von emetischen Stämmen von Bacillus cereus produzierte Toxin Cereulid stellt die Lebensmittelindustrie vor zahlreiche Herausforderungen. Durch extreme Resistenzen gegenüber Hitze, sauren und basischen pH-Werten sowie proteolytischer Inaktivierung durch zahlreiche Enzyme kann es durch konventionelle Lebensmittelverarbeitung kaum aus diesen entfernt werden. Ebenso hat die Anzahl an durch B. cereus verursachten Infektionen in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Die Synthese des emetischen Toxins Cereulid wird von dem Ces Gencluster gesteuert, an dessen 3‘ Ende der ABC (ATP-binding cassette)-Transporter CesCD lokalisiert ist, der vermutlich für den Zellexport von Cereulid zuständig ist und dessen Beteiligung an der Synthese des emetischen Toxins bereits nachgewiesen werden konnte.

Ziel: Da bereits die Beteiligung mehrerer sequenzähnlicher ABC-Transporter an der Vermittlung von Resistenz gegenüber Antibiotika nachgewiesen werden konnte, soll eine ähnliche Funktion auch für CesCD gezeigt werden. Des Weiteren soll die Korrelation zwischen der Produktion des emetischen Toxins Cereulid und der Entwicklung des pH-Wertes festgestellt werden.

Methoden: Der Einfluss von Cereulid auf den pH-Wert wurde durch den Vergleich mehrerer Cereulid produzierender und nicht Cereulid produzierender Stämme von B. cereus, kultiviert in verschiedenen Nährmedien für 48 Stunden, untersucht. Die Bestimmung der Minimalen Hemmkonzentrationen (MHK) von 12 Antibiotika diverser Klassen gegenüber emetischen Stämmen von B. cereus und ihren CesCD-Deletionsmutanten mittels Bouillon-Mikrodilutionstest, sollte Aufschluss darüber geben, ob CesCD an der Resistenzvermittlung gegenüber diesen Substanzen beteiligt ist.

Resultate: Während bei der MHK fast aller Antibiotika durch den Knockout von CesCD kein oder kaum ein Unterschied beobachtet werden konnte, zeigte Gramicidin gegenüber den Deletionsmutanten eine deutlich geringere MHK (32 µg/ml) als gegenüber dem emetischen Referenzstamm B. cereus F4810/72 (> 128 µg/ml). Die zeitliche Entwicklung des pH-Wertes verlief sowohl für Cereulid produzierende Stämme von B. cereus als auch für jene die das emetische Toxin nicht bilden ident.

Conclusio: Bei dem ABC-Transporter CesCD von B. cereus handelt es sich um keinen Multi Drug Transporter, die Resistenz gegenüber Antibiotika verschiedener Klassen vermitteln, sondern um einen spezifischen Transporter, der vermutlich Resistenz gegenüber Gramicidin vermittelt. Ein Effekt von Cereulid auf den pH-Wert kann nicht gänzlich ausgeschlossen werden, da die Nährstoffe des für die Kultivierung verwendeten Mediums einen möglichen Einfluss überdecken könnten.

Zusammenfassung (Englisch)

Background: The toxin cereulide produced by emetic strains of Bacillus cereus represents numerous challenges for the food industry. Because of its extreme resistance to heat, acidic and basic pH as well as to proteolytic inactivation by numerous enzymes, it can hardly be removed by conventional food processing. Likewise, the number of infections caused by B. cereus has significantly increased in recent years. The synthesis of the emetic toxin cereulide is controlled by the ces gene cluster. The ABC (ATP-binding cassette) transporter cesCD is located in its 3’ part and is presumably responsible for the cell export of cereulide. The involvement of cesCD in the synthesis of the emetic toxin has also already been demonstrated.

Aim: Since the importance of several ABC transporters with sequential similarities in mediating resistance against antibiotics have already been demonstrated, a similar function is suggested for cesCD. Furthermore, it shall be determined if there is a correlation between the production of the emetic toxin cereulide and pH.

Methods: The influence of cereulide on pH was investigated by comparing several cereulide producing and non-producing strains of B. cereus, cultured in various nutrient media for 48 hours. The determination of the minimum inhibitory concentrations (MIC) of 12 antibiotics of various antibiotic classes against emetic strains of B. cereus and their cesCD deletion mutants by means of broth microdilution should determine whether cesCD is involved in mediating resistance against these compounds.

Results: While the knockout of cesCD resulted in no difference in MIC of almost all antibiotics, gramicidin showed a significantly lower MIC (32 μg/ml) compared to the emetic reference strain B. cereus F4810/72 (> 128 μg/ml). Throughout the course of the observed period the pH was identical for both cereulide producing and non-producing strains of B. cereus.

Conclusion: The ABC transporter cesCD from B. cereus is not a multidrug transporter, which can mediate resistance to antibiotics of various classes, but rather a specific transporter which presumably mediates resistance to gramicidin. An influence of cereulide on pH cannot be completely excluded because the nutrients of the culture medium could have disguised a possible effect.