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Taxonomische Charakterisierung einiger Vertreter der Klasse Actinobacteria aus indonesischen Bodenproben

  • Die Entdeckung von Antibiotika ist einer der größten Meilensteine der modernen Medizin. Doch die fortschreitende antimikrobielle Resistenz, unter anderem hervorgerufen durch falsche Anwendung oder Mutationen, wird immer mehr zum Problem. Hinzu kommt, dass seit den 1980er Jahren nur wenige neue Wirkstoffe entdeckt wurden, die sich als klinisch nutzbare Antibiotika eignen. Heute wird sich hauptsächlich auf die Optimierung und Kombination bereits bekannter Verbindungen konzentriert. Die Abteilung MISG des Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig konzentriert sich auf die taxonomische Charakterisierung von Actinobacteria und Myxobacteria aus ungewöhnlichen Habitaten (darunter beispielsweise Schnecken, Austern oder vernachlässigte Habitate) mit dem Ziel, bisher unbekannte Spezies zu entdecken, die sich als Produzenten von Antibiotika eignen. Im Zuge dessen wurden vier Stämme der Klasse Actinobacteria, namentlich 194933CR, 195335CR, 195338CR und 194522CSAM, von Dr. Chandra Risdian aus indonesischen Bodenproben isoliert, die auf der Insel Bali von einer touristisch genutzten Parkanlage genommen wurden. Anhand von genomischen Analysen waren diese am nächsten mit den Gattungen Streptomyces und Actinophytocola verwandt. Es wurde damit begonnen, diese vier Stämme aus der -80 °C kalten Gefriertruhe, in der sie in Glycerin gelagert wurden, zu reaktivieren und für die folgende taxonomische Charakterisierung zu kultivieren. Zu diesen Analysen gehörten unter anderem die 16S rRNA-Gen-Sequenzierung mit Erstellung des phylogenetischen Baumes, morphologische Charakterisierungen und Kultivierung auf verschiedenen Agar-Medien, ebenso wie physiologische und chemotaxonomische Charakterisierungen. Die physiologische Charakterisierung umfasste die Bestimmung der Salztoleranz und der Kohlenhydratverwertung, den pH-Toleranztest und Temperatur-Toleranztest, sowie den biochemischen API® Test. Zu der chemotaxonomischen Charakterisierung gehörten die Analysen der Zellwand auf Phospholipide, Aminosäuren, Zucker, Menachinone und Fettsäuren. Nachdem die vier Stämme taxonomisch charakterisiert wurden, wurden sie mit den nächsten verwandten Spezies anhand der Ergebnisse der 16S rRNA-Gen-Sequenzierung und des phylogenetischen Baumes verglichen. Hierbei ergab sich, dass die Proben 195335CR und 195338CR zu 100% dieselbe genomische Sequenz besitzen. Für 194933CR war die ähnlichste Spezies sowohl nach der 16S rRNA-Gen-Sequenzierung als auch des phylogenetischen Baumes Actinophytocola oryzae (98,14%). Für die Stämme 195335CR und 195338CR waren es Streptomyces griseocarneus (98,64%) und Streptomyces bambusae (98,57%). Der Stamm 194522CSAM war genetisch am weitesten entfernt von seinem nächsten Verwandten und wurde mit den Spezies Streptomyces sannanensis (98,27%) und Streptomyces lushanensis (98,19%) verglichen. Informationen zu den fünf Vergleichsstämmen wurden aus wissenschaftlichen Publikationen und dem Wink Kompendium der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) gesammelt. Da hier viele Ergebnisse zu diversen Analysen fehlten, war ein aussagekräftiger Vergleich leider nicht möglich. Trotzdem wurden teilweise deutliche Unterschiede zu den Vergleichsstämmen festgestellt. Um einen möglichst genauen Vergleich zu ermöglichen, hätten die Vergleichsstämme parallel und unter denselben Bedingungen und Methoden zu den vier Stämmen analysiert werden müssen. Eine Analyse auf die gesamte genomische Sequenz kann ebenfalls einen endgültigen Nachweis geben, ob es sich bei den untersuchten Stämmen um bereits bekannte Bakterienspezies handelt. Im Hinblick auf die sich ausbreitende antibakterielle Resistenzbildung ist die Suche nach bisher unentdeckten Bakterienspezies, welche eventuell Produzent eines neuartigen antibiotisch wirksamen Wirkstoffes sind, unverzichtbar.
  • The discovery of antibiotics is one of the greatest milestones of modern medicine. But the ongoing antimicrobial resistance, amongst other things caused by incorrect use or mutations, is becoming more and more of a problem. In addition, since the 1980s only a few new compounds have been discovered that are suitable as clinically useful antibiotics. Today the focus is mainly on optimizing and combining already known compounds. The MISG department of the Helmholtz Centre for Infection Research (HZI) in Braunschweig focuses on the taxonomic characterization of Actinobacteria and Myxobacteria from unusual habitats (for example snails, oysters or neglected habitats) with the aim of discovering previously unknown species that are producers of antibiotics. In the course of this, four strains of the class Actinobacteria, named 194933CR, 195335CR, 195338CR and 194522CSAM, were isolated by Dr. Chandra Risdian from Indonesian soil samples, that were taken from a tourist park on the island of Bali. Based on genomic analyses, they were most closely related to the genera Streptomyces and Actinophytocola. At first, these four strains were reactivated from the -80 °C freezer, in which they were stored in Glycerol, to cultivate them for the following taxonomic characterization. The various analyses included 16S rRNA gene sequencing with the construction of the phylogenetic tree, morphological characterizations and cultivation on different agar media, as well as physiological and chemotaxonomic characterizations. The physiological characterization included the determination of salt tolerance and carbohydrate utilization, the pH tolerance test and temperature tolerance test, as well as the biochemical API® test. The chemotaxonomic characterization included the analysis of the cell wall for phospholipids, amino acids, sugar, menaquinones and fatty acids. After taxonomic characterization, the four strains were compared with the closest related species based on the results of 16S rRNA gene sequencing and the phylogenetic tree. It was found that the strains 195335CR and 195338CR have 100% the same genomic sequence. For 194933CR the most similar species according to both 16S rRNA gene sequencing and the phylogenetic tree was Actinophytocola oryzae (98.14%). For the strains 195335CR and 195338CR it was Streptomyces griseocarneus (98.64%) and Streptomyces bambusae (98.57%). The strain 194522CSAM was genetically furthest from its closest relative and was compared to the species Streptomyces sannanensis (98.27%) and Streptomyces lushanensis (98.19%). Information on the five comparison strains was collected from scientific publications and the Wink Compendium of the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ). Because many results for various analyses were missing here, a meaningful comparison was unfortunately not possible. Even though, some significant differences to the comparison strains were found. In order to get the most accurate comparison possible, the comparison strains should have been analysed parallelly to the four strains under the same conditions and methods. An analysis of the entire genomic sequence can also provide definitive evidence as to whether the examined strains are already known bacterial species. Regarding the ongoing antimicrobial resistance, the search for yet undiscovered bacterial species, which may be producers of a new type of antibiotic active compounds, is very important.

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Metadaten
Author:Malte Finkenstädt
URN:urn:nbn:de:gbv:916-opus4-11452
Referee:Elke Wilharm, Joachim Wink
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Year of Completion:2020
Granting Institution:Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften
Release Date:2021/01/27
GND Keyword:Antibiotikum; Indonesien; Molekularbiologie; Pathogener Mikroorganismus; Resistenz
Page Number:106
Faculty:Versorgungstechnik
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin, Gesundheit
Licence (German):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International