< Terug naar vorige pagina

Project

Interferentie met bacteriële sociobiologie: Remming van veelvuldige goede productie als een antimicrobiële strategie met een laag risico op resistentieontwikkeling.

De toenemende druk van antibioticaresistentie zorgt ervoor dat de meeste antibiotica niet meer bruikbaar zijn. Hierdoor kunnen infectieziektes die vroeger makkelijk te behandelen waren, nu levensbedreigend worden. Er is dus een dringende behoefte aan onderzoek naar nieuwe antimicrobiële middelen en, nog belangrijker, naar antimicrobiële middelen die selecteren tegen resistentie-ontwikkeling. Een potentiële oplossing voor het probleem is voorgesteld: interferentie met productie van zogenaamde public goods. Dit zijn moleculen die door één cel geproduceerd worden, maar eveneens een voordeel leveren aan cellen in de dichte nabijheid, b.v. secretie van enzymen die nutriënten vrij zetten in de omgeving, of gesecreteerde ijzerbindende sideroforen. De sociale evolutie-theorie voorspelt dat interferentie met public good-productie de celgroei en de overleving van de pathogeen vermindert. Daarnaast wordt voorspeld dat dergelijke inhibitoren selecteren tegen resistentie-ontwikkeling. De rationale hiervoor is dat, een resistente stam public goods zal produceren, maar hiervoor ook energie zal verbruiken, terwijl de gevoelige cellen deze public goods kunnen exploiteren zonder deze kost. In theorie zouden we dus in staat moeten zijn om antimicrobiële middelen te ontwerpen die selecteren tegen resistentie. In de praktijk is dit echter nog nooit aangetoond.

Naast de snelle ontwikkeling van antibioticaresistentie, zijn bacteriën in staat om een biofilm te vormen. Biofilmen zijn gestructureerde gemeenschappen, ingebed in een zelfgeproduceerde matrix. Belangrijke eigenschappen van biofilmen zijn dat ze een verhoogde tolerantie vertonen tegen antimicrobiële middelen en veranderende omgevingscondities en dat ze zich kunnen vasthechten aan allerlei soorten oppervlakken. Biofilmen zijn de voornaamste levensvorm waarin bacteriën voorkomen en er wordt gesuggereerd dat sociale interacties, zoals public good-productie, versterkt worden in een biofilm. In deze doctoraatsthesis hebben we gefocust op de exopolymere substanties (EPS) van Salmonella Typhimurium als een public good.

In een eerste deel van deze thesis werd aangetoond met behulp van een in vitro biofilmmodel in petriplaten dat de EPS van S. Typhimurium beschouwd kan worden als een public good. Dit model is representatief voor diverse industriële- en omgevingscondities en biedt een eerste benadering van een in vivo situatie in de darm. Dit onderzoek toonde aan dat (i) EPS productie zorgt voor een verhoogde biofilm vorming en een verhoogde antimicrobiële

tolerantie, (ii) dat de EPS kostelijk is om te produceren en (iii) dat de EPS, geproduceerd door één cel, voordelig is voor de omringende cellen. Vervolgens kon er worden vastgesteld dat resistentie tegen een EPS-inhibitor niet evolueert tijdens een lange termijn evolutie-experiment. Bovendien demonstreerden we aan dat een stam resistent aan een EPS-inhibitor een gevoelige stam kan overstijgen in aanwezigheid van de inhibitor. In een volgende stap werd deze antimicrobiële strategie uitgebreid naar een andere industriële toepassing en naar de klinische praktijk. Met behulp van een flow cell werd er een industriële toepassing benaderd, waarbij biofilmen bijvoorbeeld gevormd worden in pijpleidingen. Het in vivo Salmonella Typhimurium muismodel benaderde eerder een klinische toepassing, zoals het behandelen van Salmonella infecties bij de mens. Er werd aangetoond dat de EPS-productie essentieel is voor zowel het koloniseren van het oppervlak binnen in de flow cell als tijdens de infectie van muizen. Daarentegen kon met deze modellen niet aangetoond worden dat EPS exploiteerbaar is onder de toegepaste condities.

In het tweede deel van deze thesis, werd er een gen-deletiemutantenbank in Salmonella Typhimurium gescreend, op zoek naar nieuwe interessante doelwitten voor het inhiberen van public good-productie. De mutanten werden enerzijds gescreend op hun capaciteit om biofilmen te vormen en anderzijds op hun capaciteit om de EPS van een wild type stam te exploiteren. Met deze set-up werden er 7 mutanten gevonden die een gereduceerde biofilm fitness hebben en die de producerende wild type stam kunnen overgroeien. In een volgende stap werden de mutanten die hun verminderde biofilm vorming uitoefende door gereduceerde EPS productie, geëlimineerd. Met behulp van deze screening werden er twee nieuwe mogelijke doelwitten geïdentificeerd voor public good inhibitoren waarbij er minder kans is op resistentie-ontwikkeling.

Samenvattend, toonden we in deze thesis aan dat interferentie met EPS-productie een effectieve antimicrobiële strategie is, en dit in zowel een industriële als klinische omgeving. Bovendien demonstreerden we met behulp van het in vitro biofilmmodel in petriplaten aan dat EPS inhibitoren de mogelijkheid hebben om te selecteren tegen resistentie.

Datum:1 okt 2013 →  12 mrt 2018
Trefwoorden:bacterial sociobiology
Disciplines:Scientific computing, Bio-informatica en computationele biologie, Maatschappelijke gezondheidszorg, Publieke medische diensten, Genetica, Systeembiologie, Moleculaire en celbiologie, Microbiologie, Laboratoriumgeneeskunde, Engineering van biomaterialen, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Milieu ingenieurswetenschappen en biotechnologie, Industriële biotechnologie, Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project