Darstellung LPS unterschiedlicher P. aeruginosa-Mutanten. Von links nach rechts: PA01 Wildtyp; 2 Mutanten mit rekombiniertem Gen wapR, Mutante ΔwapR (ohne das Gen wapR), Mutante ΔalgC, Mutante ΔfliM, Mutante ΔpilA. DEBORAH BEER

Nachweis-Analytik von Pseudomonas aeruginosa

Publiziert

In der Bachelor-Diplomarbeit «Charakterisierung der Infektivität und Rezeptoridentifizierung des Phagen AN82» wurde das Infektionsverhalten eines neu isolierten Bakteriophagen sowie Oberflächenstrukturen von Pseudomonas aeruginosa-Mutanten untersucht. Diese kommen in einem Projekt zur Entwicklung eines neuen Nachweises für Pseudomonas aeruginosa in Wasser mittels Phagenproteinen zum Einsatz.

Pseudomonas aeruginosa ist ein gefürchteter Erreger in der Humanmedizin, vor allem durch die Verursachung schwerer Erkrankungen nach Infektionen in Krankenhäusern. Eine grosse Bedeutung kommt Pseudomonas aeruginosa auch als Indikator für die Wasserqualität zu. In der Lebensmittelindustrie spielt Pseudomonas aeruginosa in erster Linie eine wichtige Rolle als Lebensmittelverderber und selten auch als Ursache von Durchfallerkrankungen bei Säuglingen und Kleinkindern.

In der Bachelor-Diplomarbeit wurde der neu isolierte Phage AN82 sowie Vertreter seiner Wirts-Bakterienart Pseudomonas aeruginosa untersucht. Dabei wurden einerseits Experimente zur Ermittlung der verwendeten Rezeptoren als auch zu seinem Infektionsverhalten durchgeführt. Da die Oberflächenstrukturen des Bakteriums als Rezeptoren für den Bakteriophagen dienen, ist es unumgänglich, möglichst viel über deren Aufbau in Erfahrung zu bringen. Eine wichtige Struktur ist das sogenannte «LPS», das Lipoplysaccharid gram-negativer Bakterien. Mittels «SDS PAGE» (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis), einer Form der Gel-Elektrophorese, mit anschliessender Färbung in einer silberhaltigen Lösung («Silver Staining»), kann diese Struktur sichtbar gemacht werden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine bestehende Variante dieses Nachweises angepasst und optimiert, um in kurzer Zeit und mit geringem Vorbereitungsaufwand eine möglichst gute Darstellung des LPS zu erhalten.Durch diese Darstellung konnten die LPS-Zusammensetzungen der im Projekt eingesetzten Pseudomonas aeruginosa-Stämme untersucht werden.

Wichtiger Beitrag zur Nachweis-Analytik
Um die Infektionsfähigkeit des Phagen AN82 zu untersuchen, wurden zudem «In vitro Killing»-Versuche durchgeführt. Dabei wurden unterschiedliche Unterarten und Mutanten-Stämme von P. aeruginosa mit dem Phagen infiziert. Diese Stämme weisen Unterschiede im Vorhandensein bestimmter Oberflächenstrukturen auf. Eine erfolgreiche oder unterbliebene Infektion lässt so Rückschlüsse auf die durch den Phagen genutzten Rezeptoren und somit die Breite seines Wirtsspektrums zu. Auch die Fähigkeit der Stämme, sich an Oberflächen anzuheften, wurde untersucht. Diese Eigenschaft von Pseudomonas aeruginosa spielt eine wichtige Rolle in der Bildung der problematischen Biofilme. Die in den verschiedenen Versuchen gewonnenen Resultate und Erkenntnisse leisten einen wichtigen Beitrag zu der Entwicklung des Nachweises von Pseudomonas aeruginosa. Da es sich um eine vertrauliche Arbeit handelte, können diese Resultate nicht im Detail ausgeführt werden.

Pseudomonas aeruginosa und seine Bedeutung
In der Lebensmittelindustrie spielt Pseudomonas aeruginosa in erster Linie eine wichtige Rolle als Lebensmittelverderber und selten auch als Ursache von Durchfallerkrankungen bei Säuglingen und Kleinkindern. Die orale Aufnahme von Pseudomonas aeruginosa aus Trinkwasser oder Lebensmitteln stellt für immunkompetente Personen kein Infektionsrisiko dar. Somit liegt die Relevanz von Pseudomonas aeruginosa im Lebensmittelbereich vor allem in seiner Bedeutung als Lebensmittelverderber sowie als Marker für die Hygienequalität von Lebensmitteln und Wasser für den menschlichen Verzehr. In durch Pseudomonas aeruginosa gebildeten schleimigen Biofilmen auf Oberflächen wie Wänden, Fussböden, Dichtungen und der Innenseite von Rohrleitungen können neben den Pseudomonaden auch andere pathogene Erreger wie beispielsweise Listeria monocytogenes wachsen. Eine erhöhte Anzahl von Pseudomonaden in Lebensmittelprodukten kann deshalb ein Hinweis auf ein hygienisch riskantes Vorkommen von Biofilmen aufgrund mangelhafter Reinigung oder Desinfektion in Lebensmittelbetrieben sein.

Eine erheblich grössere Bedeutung kommt dem Bakterium im Gesundheitswesen zu. Seine geringen Nährstoffansprüche, die Fähigkeit zur Biofilmbildung sowie die Resistenz gegen zahlreiche Desinfektionsmittel und Antibiotika machen es zu einem der gefürchtetsten Keime, welche in Krankenhäusern übertragen werden können. Pseudomonas aeruginosa ist als opportunistischer Erreger an diversen schweren Erkrankungen nach Infektionen in Krankenhäusern beteiligt, zudem kann es aufgrund einiger genetischer Besonderheiten Antibiotikaresistenzen an andere Vertreter der Art übertragen. So wurden beispielsweise Lactam-resistente Pseudomonas aeruginosa in Umweltwasserproben gefunden. Diese Antibiotikaresistenzen sind sehr problematisch, da sie die Behandlung von opportunistischen Infektionen in Krankenhäusern erheblich erschweren. Entsprechend ist auch das Vorkommen des Keims in Trinkwasser und Wasser, das zur Zubereitung von Speisen verwendet wird, relevant. Aufgrund seiner weltweiten Verbreitung sowie der zunehmenden Antibiotikaresistenzen müssen neue Mittel zur Bekämpfung und zum schnellen Nachweis des Erregers gefunden werden. Bakteriophagen stellen dabei ein mögliches und vielseitig einsetzbares Mittel dar.

Deborah Beer
Der Artikel basiert auf der Bachelor-Diplomarbeit «Charakterisierung der Infektivität und Rezeptoridentifizierung des Phagen AN82» an der ZHAW Wädenswil. Die Arbeit wurde von der Schweizerischen Gesellschaft für Lebensmittel-Wissenschaft und -Technologie mit dem «SGLWT-Preis» ausgezeichnet.

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Bezugsquellenverzeichnis