Identifikacija i karakterizacija biogenih utišivača međućelijske komunikacije vrste Pseudomonas aeruginosa
Identification and characterization of biogenic silencers of Pseudomonas aeruginosa quorum sensing
Докторанд
Malešević, MilkaМентор
Jovčić, BrankoЧланови комисије
Stanisavljević, NemanjaPolović, Natalija
Lozo, Jelena
Jovčić, Branko
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Nemogućnost kontrole pojave i širenja rezistencije na antibiotike usmerila je istraživanja u
poslednje dve dekade ka iznalaženju novih terapeutskih opcija, sa ciljem tretmana infekcija izazvanih
patogenim bakterijama rezistentnim na veći broj kliniĉki znaĉajnih antibiotika. Uzevši u obzir
ĉinjenicu da je antibiotska rezistencija kompleksan, multifaktorijalni fenomen, rešenje ovog problema
ukljuĉuje niz pristupa usmerenih na kontrolu faktora koji olakšavaju nastanak i širenje rezistencije.
Jedan od tih pristupa sastoji se u razvoju novih terapeutika koji bi delovali mehanizmima razliĉitim od
trenutno dostupnih antibiotika. U tom pogledu, antivirulentna terapija zamišljena je kao obećavajuća
alternativa sa ciljem kontrole virulencije specifiĉne za odreĊene patogene, bez vršenja snažnog
selektivnog pritiska na bakterijske ćelije. Imajući u vidu da je Pseudomonas aeruginosa jedan od
vodećih uzroĉnika unutarbolniĉkih infekcija širom sveta, leĉenje infekcija izazvanih ovim patogenom
predstav...lja veliki terapeutski izazov. P. aeruginosa svoj patogeni potencijal ostvaruje zahvaljujući
mnogobrojnim uroĊenim, steĉenim i adaptivnim mehanizmima rezistencije. Pored toga, posedovanje
sistema meĊućelijske komunikacije (eng. quorum sensing, QS) ovom patogenu omogućava
fleksibilnost u regulaciji ekspresije gena ukljuĉenih u virulenciju, formiranje biofilma, produkciju
sekundarnih metabolita i faktora koji imaju ulogu u zaštiti od imunskog sistema domaćina. Stoga bi
primena antivirulentne terapije zasnovane na utišavanju meĊućelijske komunikacije bakterija mogla
poslužiti kao obećavajuće oruĊe u kontroli infekcija izazvanih predstavnicima P. aeruginosa za koje
ne postoji adekvatna terapija trenutno dostupnim antibioticima.
U skladu sa time, predmet prouĉavanja ove teze bila je potraga za novim utišivaĉima
meĊućelijske komunikacije bakterija (eng. quorum quenching, QQ) produkovanih od strane kliniĉkih
izolata koji tokom infekcija dele istu ekološku nišu sa P. aeruginosa. Analizirana je kolekcija Gramnegativnih
kliniĉkih izolata Laboratorije za molekularnu mikrobiologiju, Instituta za molekularnu
genetiku i genetiĉko inženjerstvo, Univerziteta u Beogradu sa ciljem pronalaženja sojeva koji
produkuju QQ molekule. Nakon odabira sojeva nosioca QQ fenotipa, usledila je njihova identifikacija
kao i funkcionalna karakterizacija na model sistemu kliniĉkog izolata P. aeruginosa MMA83.
Upotrebom Chromobacterium violaceum CV026 biosenzora, selektovano je 19 sojeva (od ukupno 633
analiziranih izolata) koji su ispoljavali QQ fenotip, od kojih su dva izolata Delftia sp. 11304 i
Burkholderia sp. BCC4135, na osnovu najznaĉajnije QQ aktivnosti izdvojena za detaljniju
karakterizaciju. UtvrĊeno je da Delftia sp. 11304 soj pripada Delftia tsuruhatensis vrsti, dok
Burkholderia sp. BCC4135 pripada Burkholderia cepacia vrsti sa novim sekvencnim tipom ST1485.
In silico analizom genomskih sekvenci ustanovljeno je da oba odabrana soja poseduju izuzetan
potencijal virulencije i rezistencije na antimikrobna jedinjenja. Priroda QQ molekula koje produkuju
ovi sojevi bila je razliĉita; konstatovano je da soj 11304 produkuje male molekule neproteinske prirode
(QS inhibitore, QSI), dok BCC4135 produkuje QQ enzime. Pored toga, kod BCC4135 izolata
utvrĊeno je prisustvo i QS fenomena.
Ukupni etil-acetatni ekstrakt supernatanta soja D. tsuruhatensis 11304 (QSI ekstrakt) ostvario
je znaĉajan antivirulentni potencijal na model sistemu kliniĉkog izolata P. aeruginosa MMA83...
finding novel therapeutic options to combat multidrug-resistant pathogenic bacteria during the
last two decades. Given the fact that antimicrobial resistance is a complex, multifactorial phenomenon,
the solution to this problem comprises a range of approaches focused on monitoring the factors that
facilitate the emergence and spread of resistance. One of proposed strategies consists of developing
novel therapeutics that operate under different principles to the currently available antibiotics. In this
respect, antivirulence therapy has been conceived as a promising alternative to control virulence in a
pathogen-specific manner, without exerting strong selective pressure on the bacterial cells. Having in
mind that Pseudomonas aeruginosa has been considered as a leading cause of nosocomial infections
worldwide, the treatment of infections caused by this pathogen represents a major therapeutic
challenge. The pathogenic potential of P. aeruginosa has been accomplished due to a numerous inn...ate,
acquired, and adaptive resistance mechanisms. In addition, the presence of cell-to-cell communication
system (quorum sensing, QS) allows this pathogen the flexibility in the regulation of virulence gene
expression responsible for biofilm development, production of secondary metabolites, and immuneevasive
factors. Therefore, the use of antivirulence therapy based on the silencing of bacterial
communication could serve as a promising tool in the control of infections caused by P. aeruginosa for
which there is no adequate therapy with currently available antibiotics.
Accordingly, the subject of this thesis was discovery and characterization of novel quenchers of
bacterial cell-to-cell communication produced by clinical isolates that share the same ecological niche
with P. aeruginosa during infections. A collection of Gram-negative clinical isolates from the
Laboratory for Molecular Microbiology Institute of Molecular Genetics and Genetic Engineering
University of Belgrade was analyzed in order to select the strains that produce quorum quenching
(QQ) molecules. After the selection of strains carrying QQ phenotype, the identification of QQ
molecules as well as their functional characterization on the model system of P. aeruginosa MMA83
clinical isolate was performed. Using Chromobacterium violaceum CV026 biosensor, 19 strains (out
of a total of 633 analyzed isolates) with QQ phenotype were discovered, among which two clinical
isolates Delftia sp. 11304 and Burkholderia sp. BCC4135 have been selected as strongest producers of
QQ molecules for detailed characterization. According to the genomic sequence analysis, Delftia sp.
11304 was identified as a Delftia tsuruhatensis species while Burkholderia sp. BCC4135 was unveiled
as Burkholderia cepacia with novel sequence type ST1485. In silico analysis of genomic sequences
indicated that both selected strains possess significant antimicrobial resistance and virulence potential.
The nature of the QQ molecules produced by these strains was determined as different; strain 11304
was found to produce small molecules of non-proteinaceous nature (QS inhibitors, QSI), while
BCC4135 produced QQ enzymes. Besides, the presence of the QS phenomenon was determined in
BCC4135 isolate.
The total ethyl acetate extract of the D. tsuruhatensis 11304 culture supernatant (QSI extract)
showed significant antivirulence potential on the model system of clinical isolate P. aeruginosa
MMA83...
Факултет:
Универзитет у Београду, Биолошки факултетДатум одбране:
28-12-2020Пројекти:
- Изучавање гена и молекуларних механизама у основи пробиотичке активности бактерија млечне киселине изолованих са подручја западног Балкана (RS-173019)
- Министарство науке, технолошког развоја и иновација Републике Србије, институционално финансирање - 200042 (Универзитет у Београду, Институт за молекуларну генетику и генетичко инжењерство) (RS-200042)