Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2875
Main Title: Charakterisierung von Gram-positiven Isolaten aus der Antarktis Forschungsstation Concordia, der Internationalen Raumstation (ISS) und türkischen Lebensmitteln bezüglich Antibiotikaresistenzen, Gentransfer und Biofilmbildung
Translated Title: Characterization of Gram-positive Isolates from Antartic base Concordia, the International Space Station (ISS) and Turkish food with respect to antibiotic resistance, gene transfer and biofilm formation
Author(s): Schiwon, Katarzyna
Advisor(s): Grohmann, Elisabeth
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die ISS und Concordia Forschungsstation sind geschlossene und isolierte Habitate inmitten einer extremen und lebensfeindlichen Umgebung. Aufgrund der extremen Umweltbedingungen verändert sich die Mikroflora des Menschen und der Station, so dass es zu mikrobiellen Kontaminationen in diesen „Container“ Systemen kommt, die die Gesundheit der Crew gefährden. Die in dieser Arbeit untersuchten 113 Isolate der ISS und Concordia, gehören den Gattungen Staphylococcus, Enterococcus, Bacillus und Paenibacillus an. In 62% der Stämme konnten Resistenzen gegen ein oder mehrere Antibiotika nachgewiesen werden. In 43% der Stämme wurden die entsprechenden Resistenzgene detektiert. Dabei konnte das Methicillin-Resistenzgen mecA in einem Concordia Staphylococcus Isolat neben zwei weiteren Resistenzgenen detektiert werden. Plasmide konnten in 74% der Stämme nachgewiesen werden. In acht der E. faecalis Stämme wurden Plasmide detektiert, die ca. 130 kb groß sind. Relaxase- und Transfergene aus Plasmiden Gram-positiver Bakterien, wie pIP501, pRE25, pSK41 und pGO1 wurden in 58% der Isolate detektiert. Die meisten pSK41 homologen Transfergene wurden in Isolaten der ISS, die überwiegend zu den Koagulase-negativen Staphylococcus Spezies gehören, nachgewiesen. Für drei dieser Stämme wurden in Gentransferversuchen konjugative Elemente bestätigt. Auch aus zwei Concordia Stämmen konnten Resistenzgene erfolgreich übertragen werden, bei einem davon durch Mobilisierung. Sieben der Isolate konnten in Monospezies Biofilmreaktoren Biofilme ausbilden und im Multispezies Biofilmreaktor konnten fünf Stämme zusammen Biofilm ausbilden. Der Gentransfer in Biofilmen konnte mit Hilfe eines klinischen Isolats und GFP-markierten mobilisierbaren Plasmiden bestätigt werden. Die Transfer- und Resistenzgene wurden überwiegend in den Staphylococcus und E. facalis Isolaten, die nosokomiale Krankheitserreger sind, detektiert. Bei immungeschwächten Personen und Krankenhauspatienten kann durch diese ein Infektionsrisiko entstehen. Die vorhandenen Transfergene können zur Entstehung multiresistenter Keime beitragen. Milchsäurebakterien (LAB) finden ihre Verwendung in der Herstellung von fermentierten Lebensmitteln und als Probiotika. Sie sind auch Bewohner des menschlichen und tierischen Magen-Darm- und Urogenital-Traktes. In dieser Arbeit wurden 100 Antibiotika resistente LAB Isolate aus traditionell hergestellten Milch- und Fleischprodukten auf Resistenzgene, Transfergene und Plasmide untersucht. Durch 16S rDNA Sequenzierung konnten 33 Stämme phylogenetisch eingeordnet und als Pediococcus (19), Lactobacillus (13) und als Enterococcus durans (1) identifiziert werden. In 84% der LAB Stämme konnten Relaxasegene detektiert werden. In 29% der Stämme konnten zwei oder mehr (bis zu acht) Transfergene unterschiedlicher Plasmide aus Gram-positiven Bakterien nachgewiesen werden. Drei Pediococcus pentosaceus Isolate konnten das mobilisierbare GFP-markierte Plasmid über Gattungsgrenzen übertragen. Damit konnte bewiesen werden, dass diese Stämme mindestens ein konjugatives Element besitzen. In 23% der Stämme konnten bis zu fünf große Plasmide detektiert werden. Diese Ergebnisse zeigten, dass Milchsäurebakterien aus fermentierten Lebensmitteln konjugative Elemente unterschiedlicher Gram-positiver Bakterien besitzen und Resistenzgene weitergeben können. Die verwendeten Starterkulturen sollten regelmäßig kontrolliert werden, um die Entwicklung multiresistenter Keime in Lebensmitteln zu unterbinden.
The ISS and Concordia Research Station are confined and isolated habitats in extreme and hostile environments. Due to these extreme environmental conditions the human and habitat microflora alter resulting in microbial contamination in these confined stations and health risk for the crew. In this work 113 isolates from the ISS and Concordia research station belonging to the genus Staphylococcus, Enterococcus, Bacillus and Paenibacillus were investigated. In 62% of the isolates we could detect resistance to one or more antibiotics. In 43% of the strains the corresponding resistance genes were found. The methicillin resistance gene mecA and two other antibiotic resistance genes could be detected in one Concordia Staphylococcus strain. Plasmids are present in 74% of the isolates. Eight E. faecalis strains harbour plasmids of about 130 kb. Relaxase and transfer genes encoded on plasmids from gram positive bacteria like pIP501, pRE25, pSK41 and pGO1 were detected in 58% of the strains. Most of pSK41 homologous transfer genes were detected in ISS isolates predominantly belonging to the coagulase negative Staphylococcus species. In gene transfer experiments we proved that three of these strains contain conjugative elements. Two Concordia isolates were able to transfer resistance genes to other species, one of them by mobilization. In single species biofilm reactors seven isolates were able to form biofilms and five Isolates could form together a biofilm in a multi species biofilm reactor. Gene transfer with a clinical isolate as helper strain and GFP-labeled mobilizable plasmids could be demonstrated. Transfer and resistance genes were predominantly detected in Staphylococcus and E. faecalis isolates that are also nosocomial pathogens. In immunocompromised persons and hospital patients risk of infection occurs by these pathogens. The detected transfer genes could contribute to emergence of multi resistant pathogens. Lactic acid bacteria (LAB) are widely used in the production of fermented food and as probiotics. They are also natural inhabitants of the intestinal tract of humans and of many animals. In this work 100 antibiotic resistant LAB isolates from traditional Turkish dairy and meat products were screened for resistance and transfer genes and the presence of plasmids. 33 LAB isolates were phylogenetically identified by 16S rDNA sequencing as Pediococcus (19), Lactobacillus (13) and Enterococcus durans (1). In 84% LAB strains we could detect relaxase genes. 29% of the LAB strains contain two or more (up to eight) transfer genes from plasmids of different gram positive bacteria. Three Pediococcus pentosaceus isolates could mobilize a GFP-labeled plasmid over genus boundaries. Thereby we proved that these strains contain at least one conjugative element. In 23% LAB strains we detected more than five plasmids. This results show that LAB from fermented food contain conjugative elements from various gram positive bacteria and are able to transfer antibiotic resistance genes. Starter cultures should be regularly controlled to avoid the development of multi resistant pathogens in food.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-31299
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3172
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2875
Exam Date: 10-Mar-2011
Issue Date: 1-Jul-2011
Date Available: 1-Jul-2011
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Antibiotikaresistenzen
Biofilme
Horizontaler Gentransfer
Isolierte Habitate
Plasmide
Antibiotic resistance
Biofilms
Confined habitats
Horizontal gene transfer
Plasmids
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