Genomweite Assoziationsstudien zur Identifizierung Resistenz vermittelnder Mutationen in Staphylococcus aureus – Chancen und Limitationen eines leistungsfähigen Tools

Weber, Erich Robert

Staphylococcus aureus ist ein fakultativ pathogenes Bakterium, das weltweit für eine Vielzahl sowohl ambulanter als auch nosokomialer Infektionen verantwortlich ist. Insbesondere die Entstehung und Verbreitung Methicillin-resistenter S. aureus (MRSA) Stämme gelten als ernst zu nehmende Bedrohung für die öffentliche Gesundheit. Mit der Entwicklung neuer Substanzen wie Daptomycin (DAP) und Ceftarolin (CPT) wurde versucht, dieser Bedrohung entgegenzuwirken. Doch bereits kurze Zeit nach der Zulassung dieser Substanzen wurden erste Resistenzentwicklungen beobachtet, deren molekulare Grundlagen bisher nur unvollständig geklärt werden konnten. Zur Identifikation von Einzelnukleotid Polymorphismen (engl. single nucleotide polymorphisms; SNPs), die signifikant mit einer DAP- bzw. CPT-Resistenz in S. aureus assoziiert sind, etablierten wir repräsentative Stammsammlungen von resistenten und sensiblen klinischen S. aureus Isolaten. In der anschließenden Assoziationstestung nutzten wir die Softwaretools PLINK und SEER, um sowohl referenzbasierte als auch Alignment-freie Algorithmen auf ihre Eignung zur Detektion potentieller Assoziationen zu untersuchen. In der DAP-GWAS identifizierten wir genetische Varianten, die signifikant mit dem DAP-R Phänotyp assoziiert wurden und bereits in vorhergehenden Untersuchungen als ursächlich für die Ausbildung einer DAP-Resistenz in S. aureus beschrieben wurden. Zusätzlich konnten mittels vergleichender Genomanalysen weitere, bisher unbeschriebene Mutationen in mprF und bekannten Kandidatengenen detektiert werden. Im Gegensatz dazu konnten wir in der CPT-GWAS keine Mutationen detektieren, die signifikant mit dem CPT-R Phänotyp in S. aureus assoziiert wurden. Mittels manueller Analysen konnten wir Mutationen in mecA detektieren, die zum Teil bereits als kausal für die Etablierung einer CPT-Resistenz in S. aureus beschrieben wurden. Die in dieser Arbeit durchgeführten Assoziationsstudien verdeutlichen das Potential von GWAS, kausale Mutationen mit einem Phänotyp von Interesse zu assoziieren. Dabei konnten wir Chancen aber auch Limitationen der angewandten Tools identifizieren, die dazu beitragen sollen, die Erfolge der Methodik in zukünftigen Studien zu maximieren.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a facultative pathogen that is responsible for a large number of outpatient and nosocomial infections worldwide. In particular, the development and spread of methicillin-resistant S. aureus (MRSA) strains are considered a serious public health threat. With the development of new MRSA-active substances such as daptomycin (DAP) and ceftarolin (CPT) attempts were made to counteract this threat. However, shortly after the approval of these substances, first resistances could be observed. To identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) that are significantly associated with DAP- and CPT-resistance in S. aureus, we used representative strain collections of resistant and susceptible clinical S. aureus isolates. Subsequently, we used the software tools PLINK and SEER to examine both, reference-based and alignment-free algorithms for their applicability to detect resistance associated mutations. By performing GWAS we found distinct genetic variants to be associated with the DAP-R phenotype that had already been described to be causative for the development of DAP-resistance in S. aureus. In addition, by using comparative genome analyses we detected yet undescribed mutations in mprF and candidate genes whose impacts on DAP-resistance still have to be determined. In contrast, no statistically significant variants could be detected in CPT-GWAS. Since it is known that mutations within mecA may be responsible for the development of CPT-resistance in S. aureus, we manually examined mecA and its surrounding SCCmec elements. In fact, we were able to detect mutations within mecA, some of which have already been described as causative for the development of CPT-resistance. The GWAS performed in this thesis demonstrate the potential of this method to associate causal mutations with a phenotype of interest. Additionally, we were able to describe chances and limitations of the applied tools, that may contribute to the success of upcoming studies.

Cite

Citation style:

Weber, Erich: Genomweite Assoziationsstudien zur Identifizierung Resistenz vermittelnder Mutationen in Staphylococcus aureus – Chancen und Limitationen eines leistungsfähigen Tools. 2019.

Access Statistic

Total:
Downloads:
Abtractviews:
Last 12 Month:
Downloads:
Abtractviews:

show details

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export