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Improvement of antimicrobial blue light therapy by inhibiting key players of the bacterial SOS response
Magdalena Metzger
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
Heinz Redl
DOI
10.25365/thesis.64675
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13197.32037.125167-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In Anbetracht der stetig ansteigenden Zahl an antibiotikaresistenten Bakterienstämmen, welche weltweit eine enorme Bürde für unser Gesundheitssystem darstellen, ist es notwendig, neue und effektive Behandlungsmöglichkeiten zu finden. Als solche rücken Lichttherapien immer mehr in den Fokus der Forschung, wie zum Beispiel UV-Lichttherapie. Während die keimtötenden Eigenschaften von UV-Licht schon lange genutzt werden, schränken dessen negative Nebenwirkungen – wie DNA-Schäden, Hautalterung und Karzinogenität – die Möglichkeiten und potenziellen Anwendungsbereiche ein. In den letzten Jahren konnte jedoch auch mit blauem Licht (400 - 500 nm) vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Inaktivierung von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen und Pilzen gezeigt werden. Während die zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht vollständig geklärt sind, wird vermutet, dass intrinsische Chromophore, z.B. Porphyrine oder Flavine angeregt werden und Sauerstoffradikale (ROS) erzeugen, die wiederum Lipide, Proteine und Nukleinsäuren zerstören.
Im Laufe dieser Arbeit wurde aufgedeckt, dass Bakterienstämme, denen das Gen recA fehlt, anfälliger für Blaulicht-Therapie sind als solche, die eine intakte Kopie des Gens besitzen. Da das Protein RecA für die homologe Rekombination, DNA-Reparatur und Induktion der SOS- Antwort verantwortlich ist, stellten wir die Hypothese auf, dass die Inaktivierung des Proteins die Empfindlichkeit resistenter Stämme gegenüber blauem Licht erhöhen und die antimikrobielle Wirkung der Behandlung verstärken würde. Dieser Effekt konnte mittels der verwendeten RecA Inhibitoren – mit Ausnahme von Piceatannol – jedoch nicht beobachtet werden. Andererseits wurde die Relevanz von recA gezeigt, indem ein anfälliger bakterieller Phänotyp durch Einbringen des Gens reversiert wurde. Zusammenfassend konnten wichtige Erkenntnisse bezüglich des Mechanismus von Blaulicht-Therapie gewonnen werden, die den Grundstein für weiterführende Experimenten gelegt haben.
Abstract
(Englisch)
The increase of antibiotic resistance represents a major global challenge for our health systems and calls for alternative treatment options, such as antimicrobial light-based therapies. While the germicidal properties of UV light have already been used for a long time, its negative side effects, for example DNA damage, photoaging and carcinogenicity, limit the possibilities and potential fields of application. Alternatively, blue light with wavelengths between 400 – 500 nm has shown promising results regarding the inactivation of a variety of microorganisms such as bacteria, yeasts and fungi. While the underlying mechanisms of blue light therapy have not been completely resolved yet, it has been proposed, that intrinsic chromophores e.g. porphyrins or flavins, generate ROS upon irradiation which destroy lipids, proteins and nucleic acids. The present thesis revealed that strains lacking the gene recA were more susceptible towards irradiation than those with an intact copy of the gene. In most bacterial strains, the protein RecA is responsible for homologous recombination, DNA repair and induction of the SOS response. Therefore, we hypothesized that the inactivation of the protein would increase the susceptibility of resistant strains and enhance the antimicrobial effects of the treatment. Although the potentiation of the therapy via RecA inhibitors was only partially successful, the influence of recA was confirmed by rescuing susceptible bacterial strains with the insertion of a plasmid carrying the gene. However, further experiments are needed to uncover the mechanisms behind the tolerability of blue light therapy and the importance of the SOS response.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
antimicrobial blue light therapy aBL RecA SOS response
Schlagwörter
(Deutsch)
antimikrobielle Blaulicht-Therapie aBL RecA/ SOS Antwort
Autor*innen
Magdalena Metzger
Haupttitel (Englisch)
Improvement of antimicrobial blue light therapy by inhibiting key players of the bacterial SOS response
Paralleltitel (Deutsch)
Verbesserung der antimikrobiellen Blaulicht-Therapie mittels Inhibierung von Schlüsselmolekülen der bakteriellen SOS Antwort
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
89 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Heinz Redl
AC Nummer
AC16083174
Utheses ID
57387
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |