< Terug naar vorige pagina

Project

Eco-evolutionaire analyse van persistentie in P. aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa is een opportunistische humane pathogeen, in staat om bij infectie  ernstige complicaties te veroorzaken, o.a. bij patiënten met cystische fibrose (CF). Het voorkomen van antibiotica tolerante persistorcellen vormt een belangrijk obstakel voor de succesvolle behandeling van CF-patiënten. Persistentie is het fenomeen waarbij een kleine subpopulatie van bacteriële cellen een fenotypische switch maakt naar een niet groeiend, antibiotica tolerant stadium. Persistentie wordt in toenemende mate verantwoordelijk geacht voor de falende behandeling van sommige chronische infecties. Daarom is er een dringende behoefte om nieuwe strategieën te ontwikkelen voor de uitroeiing van deze tolerante cellen. Ondanks intensief onderzoek blijven vele aspecten van persistentie, waaronder de ecologie en evolutie ervan, nog grotendeels onbekend.

Eerder werden er verschillende theoretische modellen ontwikkeld om de evolutionaire selectie op persistentie en variatie in persisterniveau’s te kunnen verklaren. Tot nogotoe werden geen van deze modellen echter empirisch getest. In dit werk werden persistorfacties waargenomen in natuurlijke populaties van P. aeruginosa daarom vergeleken met deze voorspeld op basis van eerdere theoretische modellen. Onze resultaten toonden aan dat waargenomen  persistentieniveau duidelijk ver onder de voorspelde waarden van bestaande modellen lagen, en dat verschillende kosten en fitness trade-offs gelinkt aan persistentie deze discrepantie kon verklaren. Zo bleek dat hogere persistentie gekoppeld was aan een verlengde lagfase tijdens de groei en een verhoogde netto mortaliteit in stationaire fase.

Het voorkomen van een kleine subpopulatie van niet groeiende maar antibiotica tolerante persistorcellen vormt een mooi voorbeeld van een zogenaamde risico spreidings of “bet hedging” strategie, waarbij instantane groei wordt ingeruild voor een verhoogde lange-termijn overleving, en die ook voorkomt bij dormante levensstadia bij planten en Crustacea. Om te onderzoeken of persistentie zich gedraagt in lijn met de verwachtingen van theorieën over bet hedging en dormantie hebben we een aantal voorspellingen experimenteel getest bij P. aeruginosa. Observaties die consistent bleken met de theorie waren o.a. dat er bij elke transfer naar nieuw groeimedium een constant percentage van de cellen ontwaakte en dat het ontwakingspercentage afhankelijk was van de kwaliteit van de omgevingscondities. Zo bleek dat toevoeging van ongeconditioneerd medium, indicatief voor condities van optimale groei, de ontwakingssnelheid van persistorcellen verhoogde waardoor de cellen gevoelig werden voor de gebruikte  antibiotica – een bevinding die belangrijke implicaties zou kunnen hebben m.b.t. optimale behandelingsmethoden van clinische infecties. In tegenstelling hiermee bleek dat toevoeging van P. aeruginosa spent medium afkomstig van stationaire faseculturen hielp om de bacteriën in een dormante staat te houden. Ook bleek dat acyl-homeserine lacton signaalmoleculen belangrijk zijn om cellen in een persistente staat te houden. Bovendien bleek dat de gebruikte signaalmoleculen herkend werden door en generisch waren voor verschillende P. aeruginosa stammen, terwijl ze bij de niet verwante bacterie E. coli een verhoogde mortaliteit induceerden.

Tot slot werd de variatie van persistorniveaus vergeleken tussen verschillende natuurlijke P. aeruginosa isolaten, inclusief bij longitudinale isolaten afkomstig van patiënten die lijden aan longontsteking en CF-patiënten met een bekende historiek van antibiotica behandeling.

Het werk beschreven in deze thesis draagt bij tot een betere kennis van de ecologische en evolutionaire aspecten die aan de basis liggen van persistentie in de opportunistische pathogene bacterie P. aeruginosa. De informatie verkregen uit fitnessmetingen en verschillende experimenten beschreven in dit werk, kan helpen om een meer realistisch model voor bacteriële persistentie op te stellen, en betere behandeligsplannen op te stellen voor patiënten met P. aeruginosa infecties. 

Datum:1 okt 2010  →  15 jun 2015
Trefwoorden:Symbiotic and pathogenic interactions
Disciplines: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, Scientific computing, Bio-informatica en computationele biologie, Maatschappelijke gezondheidszorg, Publieke medische diensten, Genetica, Systeembiologie, Moleculaire en celbiologie, Microbiologie, Laboratoriumgeneeskunde
Project type:PhD project