Molekulare Detektion von Resistenzgenen und Mutationen

Die molekulare Detektion von Resistenzen identifiziert die genetischen Determinanten antimikrobieller Resistenzen direkt, anstatt die Resistenz aus dem Wachstum in Anwesenheit des Medikaments abzuleiten. Sie umfasst die gezielte Nukleinsäureamplifikation bekannter Resistenzgene, den Nachweis von resistenzassoziierten Punktmutationen und die Genomsequenzierung, die das gesamte Resistom erfasst.

Definition

Die molekulare Detektion von Resistenzen ist die Anwendung von Nukleinsäureamplifikation, Hybridisierung oder Sequenzierung zur Identifizierung von Resistenzgenen, deren mobilen genetischen Kontexten oder resistenzassoziierten Mutationen in einem Mikroorganismus, wodurch die genetische Grundlage der Resistenz direkt charakterisiert wird.

Scope

Dieser Eintrag behandelt gezielte molekulare Assays für erworbene Resistenzgene und für chromosomale Resistenzmutationen, integrierte Schnellplattformen, die am oder in der Nähe des Behandlungsortes eingesetzt werden, sowie sequenzierungsbasierte Charakterisierungen mit kuratierten Resistenzgen-Datenbanken. Er befasst sich auch damit, wie der Genotyp mit dem Phänotyp zusammenhängt. Es handelt sich um methodisches Referenzmaterial und gibt keine Behandlungsanleitung.

Core questions

• Welche Resistenzgene oder Mutationen trägt dieser Organismus?
• Wie unterscheiden sich gezielte Assays, integrierte Schnellplattformen und Genomsequenzierung in Umfang und Anwendung?
• Wie gut sagt ein detektierter Genotyp den Resistenzphänotyp voraus?

Key concepts

• Erworbene Resistenzgene und das Resistom
• Resistenzassoziierte Punktmutationen (z.B. rpoB für Rifampicin)
• Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Nukleinsäureamplifikation
• Integrierte kartuschenbasierte Schnellplattformen
• Genomsequenzierung und Resistenzgen-Datenbanken
• Mobile genetische Elemente (Plasmide, Transposons, Integrons)
• Genotyp-Phänotyp-Vorhersage und Diskordanz

Mechanisms

Gezielte molekulare Assays amplifizieren und detektieren spezifische Resistenzgene oder Mutationen: Die Nukleinsäureamplifikation kann erworbene Gene wie Carbapenemase- oder Methicillin-Resistenzdeterminanten identifizieren oder chromosomale Mutationen wie rpoB-Veränderungen, die Rifampicin-Resistenz bei Mycobacterium tuberculosis verleihen (boehme-2010). Integrierte kartuschenbasierte Plattformen kombinieren Extraktion, Amplifikation und Detektion, um schnelle genotypische Ergebnisse aus klinischen Proben zu liefern. Die Genomsequenzierung erfasst den vollständigen Satz von Resistenzdeterminanten, die mit kuratierten Datenbanken erworbener Resistenzgene abgeglichen werden, um Resistenzen vorherzusagen (zankari-2012; ellington-2017). Da viele Resistenzgene auf mobilen genetischen Elementen wie Plasmiden, Transposons und Integrons liegen, helfen molekulare Methoden auch, ihren genetischen Kontext und ihr Ausbreitungspotenzial zu charakterisieren (partridge-2018; strahilevitz-2009). Der genotypische Nachweis ist schnell, sagt aber nicht immer den Phänotyp voraus, da Genpräsenz, Expression und zusätzliche Mechanismen alle dazu beitragen (ellington-2017).

Clinical relevance

Die molekulare Detektion unterstützt die schnelle Erkennung von Resistenzdeterminanten für Überwachung, Infektionskontrolle und Stewardship und kann Ausbrüche und Übertragungen charakterisieren. Dieser Eintrag beschreibt diese Methoden als Referenzwissen darüber, wie Resistenzen detektiert und charakterisiert werden; er gibt keine individuellen diagnostischen oder verschreibenden Empfehlungen.

Epidemiology

Die sequenzierungsbasierte Überwachung von Resistenzgenen und ihren mobilen Elementen ist zu einem zentralen Bestandteil der Verfolgung der Entstehung und internationalen Ausbreitung von Resistenzen geworden, indem sie Isolate über verschiedene Umgebungen hinweg verbindet und die Verbreitung plasmidvermittelter Determinanten aufzeigt (partridge-2018; strahilevitz-2009; ellington-2017).

History

Die molekulare Detektion von Resistenzen entwickelte sich von PCR-basierten Assays für einzelne Gene in den 1990er und 2000er Jahren zu integrierten Schnellplattformen und zunehmend zur Genomsequenzierung. Ein Meilenstein in der klinischen Anwendung war der automatisierte Kartuschen-Assay zum simultanen Nachweis von Mycobacterium tuberculosis und Rifampicin-Resistenz, der die schnelle genotypische Resistenzdetektion in die Routinepraxis brachte (boehme-2010), während kuratierte Datenbanken die systematische Identifizierung erworbener Resistenzgene aus Sequenzdaten ermöglichten (zankari-2012).

Debates

Kann die Sequenzierung phänotypische Empfindlichkeitstests ersetzen?

Die Genomsequenzierung kann Resistenzen für einige Organismus-Medikament-Kombinationen vorhersagen, aber nicht zuverlässig für alle, da die Genpräsenz keine Expression garantiert und nicht jeder Mechanismus von aktuellen Datenbanken erfasst wird; inwieweit der Genotyp den Phänotyp ersetzen kann, ist ungelöst.

Interpretation der Genotyp-Phänotyp-Diskordanz

Detektierte Resistenzgene werden manchmal phänotypisch nicht exprimiert, und resistente Phänotypen weisen manchmal keine bekannte genetische Erklärung auf, sodass die Vereinbarkeit molekularer und phänotypischer Ergebnisse eine methodische Herausforderung bleibt.

Seminal works

• boehme-2010
• zankari-2012
• ellington-2017

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen dem Nachweis eines Resistenzgens und der Messung von Resistenz?

Molekulare Methoden detektieren die genetische Determinante der Resistenz direkt, während Empfindlichkeitstests messen, ob der Organismus tatsächlich in Anwesenheit des Medikaments wächst; ein Gen kann vorhanden sein, ohne exprimiert zu werden, sodass die beiden nicht übereinstimmen können.

Was kann die Genomsequenzierung zur Resistenzdetektion beitragen?

Die Sequenzierung kann den gesamten Satz von Resistenzgenen und Mutationen auf einmal erfassen und ihren mobilen genetischen Kontext charakterisieren, was die Überwachung und Ausbruchsuntersuchung unterstützt, obwohl ihre Vorhersage des Phänotyps noch nicht für jede Organismus-Medikament-Kombination zuverlässig ist.

Warum sind mobile genetische Elemente bei der molekularen Detektion wichtig?

Viele Resistenzgene werden auf Plasmiden, Transposons und Integrons getragen, die sich zwischen Bakterien bewegen können, sodass der Nachweis und die Charakterisierung dieser Elemente hilft zu erklären, wie sich Resistenzen ausbreiten.