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Understanding polymicrobial infections in the context of diagnostics
Shirin Sharghi
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Karl Kuchler
DOI
10.25365/thesis.59059
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28219.34004.795654-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Polymikrobielle Infektionen, einschließlich Interaktionen von Bakterien und Pilzen, sind oft mit einer erhöhten Resistenz gegen antimikrobielle Therapien verbunden und deren Diagnostik gehört nicht zur Routine in der Klinik. Bakterien und Pilze können über sogennante Quorum Sensing Systeme mittels der Produktion von Peptiden, Metaboliten und Toxinen kommunizieren. Dies kann das Wachstum anderer mikrobieller Arten modulieren und so antagonistische, synergistische oder neutrale Effekte erzielen. Die Moleküle, die bei einer Interaktion von Bakterien und Pilzen entstehen, beeinflussen auch die Immunantwort des Wirtes und können sogar die Wirksamkeit einer bestimmten Therapie verändern. Der Pilz Candida albicans und das Bakterium Klebsiella pneumoniae sind beide humane Kommensalen. Sobald jedoch die schützenden epithelialen Barrieren des Körpers überwunden sind, werden sie zu opportunistischen Krankheitserregern. Die Mechanismen, die die Interaktion zwischen
C. albicans und K. pneumoniae vermitteln, sind noch völlig unklar. In dieser Studie zielen wir darauf ab, C. albicans-K. pneumoniae Interaktionen sowohl in vitro als auch in vivo zu charakterisieren. Dazu haben wir die Kapazität der Biofilmbildung von Co-Kulturen im Vergleich zu Einzelkulturen bewertet. Co-Kulturen haben eine verminderte Biofilmbildung unabhängig von den verwendeten Wachstumsmedien. Dies deutet auf eine antagonistische Interaktion zwischen C. albicans und K. pneumoniae hin. Auf molekularer Ebene konnten wir Schlüsselgene identifizieren, die bei dieser Interaktion eine Rolle spielen. Nach der Interaktion mit K. pneumoniae hat C. albicans das Gen ECE1 hochreguliert, welches für das Toxin Candidalysin kodiert. In der Co-Kultur reguliert K. pneumoniae Gene hoch, die die zellwandabbauenden Enzyme Chitinase und Endoglucanase kodieren. Interessanterweise scheint C. albicans dem Zellwandabbau entgegenzuwirken, indem es den Chitin- und β- Glucan-Gehalt in der Zellwand erhöht. Schließlich wurde ein Galleria mellonella in vivo Modell verwendet, um die C. albicans-K. pneumoniae Interaktion zu untersuchen. Erwartungsgemäß war das Überleben von G. mellonella bei einer Co-Infektion im Vergleich zu den jeweiligen Einzelinfektionen signifikant reduziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir in dieser Studie die antagonistische Interaktion von C. albicans und K. pneumoniae charakterisiert haben und neue Erkenntnisse über die molekularen Mechanismen und Reaktionen des Wirtes gewonnen haben. Dieses Wissen könnte nützlich sein für die Entwicklung neuer diagnostischer Tests und die Behandlung von polymikrobiellen Infektionen.
Abstract
(Englisch)
Polymicrobial infections, including bacterial-fungal interactions are often associated with increased resistance to antimicrobial treatments. Additionally, diagnostics of polymicrobial infections is not part of the scope of clinical diagnostics.
Bacteria and fungi can communicate via quorum sensing systems with the production of peptides, metabolites and toxins, capable of modulating growth of other microbial species thus, resulting in antagonistic, synergistic or neutral effects. The molecules produced during a bacterial-fungal interaction also affect the host immune response and can even alter the efficacy of a given treatment. The fungus Candida albicans and the bacterium Klebsiella pneumoniae are both human commensals but, once the epithelial barriers are broken, they become opportunistic pathogens. However, the mechanisms mediating the interaction between C. albicans and K. pneumoniae have not yet been elucidated. In this study, we aimed to characterize C. albicans-K. pneumoniae interaction both in vitro and in vivo. For this, we have assessed the capacity of biofilm formation of co-cultures compared to single cultures. Co-cultures have shown decreased biofilm formation, independently on the growth media used, suggesting an antagonistic effect. At the molecular level, we were able to identify key genes that play a role in this interaction. Upon exposure to K. pneumoniae, C. albicans has upregulated the gene ECE1, associated with the production of the toxin Candidalysin. In co- culture, K. pneumoniae has upregulated genes associated with cell wall degrading enzymes such as chitinase and endoglucanase. Interestingly, C. albicans seems to counteract the cell wall degradation by increasing chitin and β-glucan contents. Finally, an in vivo model of Galleria mellonella was used to assess the C. albicans-K. pneumoniae interaction. Expectedly, the survival of G. mellonella was significantly decreased upon co-infection compared to the respective single infections.
In conclusion, in this study we characterized the antagonistic interaction of C. albicans and K. pneumoniae and gained new insights on the molecular mechanisms and host responses. This will add knowledge for further exploitation of new diagnostic tests and treatment of polymicrobial infections.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Polymicrobial Infections Bacterial-Fungal Interactions
Schlagwörter
(Deutsch)
Polymikrobielle Infektionen Bakterielle Pilz-Interaktionen
Autor*innen
Shirin Sharghi
Haupttitel (Englisch)
Understanding polymicrobial infections in the context of diagnostics
Paralleltitel (Deutsch)
Polymikrobielle Infektionen im Rahmen der Diagnostik verstehen
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
101 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Karl Kuchler
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC15491142
Utheses ID
52140
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |