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Host-pathogen interaction in human serum
fight for survival by gram-negative bacteria
Michele Mutti
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Eszter Nagy
DOI
10.25365/thesis.56812
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17280.62371.338253-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die weltweite Ausbreitung multiresistenter (engl. multidrug-resistant (MDR)) Bakterien
trug progressiv zur begrenzten Verfügbarkeit von Therapeutika bei. Das Auftreten dominanter
MDR Escherichia coli und Klebsiella pneumoniae Klone ist besonders besorgniserregend.
Eine einzige klonale E. coli Linie, ST131-O25b:H4, repräsentiert bereits 50% aller,
Breitspektrum-Beta-Laktamase (engl. extended-spectrum beta-lactamase (ESBL))
produzierender E. coli Isolate und es wird erwartet, dass diese die zukünftige Quelle panresistenter
E. coli darstellt. Hier untersuchten wir mehrere Aspekte der E. coli ST131-O25b:H4
Linie.
Um die Pathogenität dieser Familie besser zu verstehen, haben wir zuerst das Genom
unseres Modellstammes 81009, sequenziert, zusammengestellt und charakterisiert. In einem
zweiten Schritt haben wir die Rolle des Komplement-Systems in Bezug auf die Protektion
gegen E. coli ST131 Infektionen untersucht. Das Komplement-System stellt hierbei das
primäre Abwehrsystem des Wirts gegen Gram-negative Bakterien dar, welche in die Blutbahn
eintreten und dadurch Bakteriämie oder Sepsis auslösen. Die Untersuchungen zur Rolle des
Komplement-Systems in humanem Serum ist jedoch durch eine Vielzahl anderer bakterizider
Faktoren sowie der Heterogenität prä-existierender Antikörper in den Serumspendern
erschwert. Um diese Probleme zu umgehen, haben wir einen neue Methode entwickelt um den
alternativen und klassichen Komplementsweg mittels kommerziell erhältlicher, aufgereinigter
Komplementfaktoren wiederherzustellen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die rekonstruierten
Komplementswege aktiv waren. Ferner zeigten wir, dass die Kombination des alternativen und
klassischen Komplementsweg mit einem spezifischen, monoklonalen Antikörpern (mAk)
effektiv zur Elimination des 81009 Stammes führt. Die Komponenten des rekonstituierten
Komplements können individuell auf das entsprechende experimentelle Modell zugeschnitten
werden, wodurch wir erwarten, dass dieses auch in anderen Forschungsgebieten, abseits von
Infektionskrankheiten, Anwendung finden kann. Zusätzlich haben wir eine isogene Mutante
des 81009 Stammes untersucht, welche das Colistin-Resistenzgen mcr-1 exprimiert. Während
die Expression von mcr-1 eine Resistenz gegenüber der bakteriziden als auch
Lipopolysaccharid (LPS)-neutralisierenden Aktivität von Colistin induzierte, wurde die
komplement-abhängige, bakterizide und anti-inflammatorische Aktivtät eines LPS-bindenden
mAks, nicht beeinflusst. Letztendlich haben wir die Prävalenz von ST131 Klonen unter E. coli
Isolaten von kolonisierten, mechanisch-beatmeten Patienten einer prospektiven
Beobachtungsstudie in einem einzelnen Studienzentrum evaluiert.
Abstract
(Englisch)
The world-wide spreading of bacteria with multidrug-resistance (MDR) has
progressively narrowed the available treatment options. The appearance of dominant MDR
Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae clones is particularly concerning. A single E. coli
clonal lineage, ST131-O25b:H4 already represents 50% of all extended spectrum betalactamase
producing E. coli isolates, and it is expected to be the source of pan-resistant E. coli
in the future. Here we investigated the E. coli ST131-O25b:H4 lineage from several aspects.
First, to better understand the pathogenicity of this family we sequenced, assembled
and characterized the genome of our model strain, 81009. Second, we aimed to characterize
the role of the complement system in the protection against E. coli ST131 infections. The
complement system is considered the first line of host defence against Gram-negative bacteria
invading the bloodstream and causing bacteraemia or sepsis. However, studying the role of
complement in human serum is hampered by the array of other bactericidal factors and by the
heterogeneity of pre-existing antibodies in the serum donors. To overcome these problems we
developed a new method to reconstitute the alternative and classical pathways from
commercially available purified complement factors. Our results proved that the reconstituted
complement pathways were active. We also showed that the combination of the alternative and
classical pathways with a specific monoclonal antibody (mAb) was effective in killing strain
81009. The components of the reconstituted complement can be individually tailored to the
experimental model; thus we expect that it can be used in research areas beyond infectious
diseases. Additionally, we studied an isogenic mutant of strain 81009 expressing the colistin
resistance gene mcr-1. While the expression of mcr-1 induced resistance to both the
bactericidal and lipopolysaccharide (LPS) neutralizing activity of colistin, it did not change the
complement-dependent bactericidal and anti-inflammatory activity of an LPS binding mAb.
Finally, we explored the prevalence of the ST131 clone among E. coli isolates colonizing
mechanically ventilated patients in a prospective observational single-center study.
In conclusion, these results show that despite the acquisition of new resistance genes
like mcr-1, the ST131 clone can be effectively targeted with alternative approaches, like
specific bactericidal monoclonal antibodies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
E. coli ST131 antibiotic resistance VAP serum complement classical antibody mAb
Schlagwörter
(Deutsch)
E. coli ST131 antibiotic resistance VAP serum complement classical antibody mAb
Autor*innen
Michele Mutti
Haupttitel (Englisch)
Host-pathogen interaction in human serum
Hauptuntertitel (Englisch)
fight for survival by gram-negative bacteria
Paralleltitel (Deutsch)
Wirt-Pathogen-Interaktion im Humanserum : Überlebenskampf durch Gram-negative Bakterien
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
92 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Isabelle Bekerendjian-Ding ,
Stephen Smith
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC15354320
Utheses ID
50183
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |