Projekti / Programi
Virulentni dejavniki kot potencialne tarče cepiv
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B230 |
Biomedicinske vede |
Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.05 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Druge medicinske vede |
bacteriemija, sepsa, Escherichia coli, virulentni dejavniki, cepiva
Raziskovalci (13)
Organizacije (1)
Povzetek
Odpornost bakterij proti antibiotikom predstavlja v svetovnem merilu eno največjih groženj zdravju ljudi. Vse več je poročil o bakterijah odpornih proti številnim antibiotikom poleg tega nekateri klinično pomembni antibiotiki inducirajo porajanje in širjenje determinant odpornosti ter povečano sintezo in širjenje dejavnikov virulence patogenih bakterij. Na drugi strani narašča pogostnost zapletenih infektivnih bolezni kot so v bolnišnicah in doma pridobljene bakteriemije in sepse, narašča število bolnikov, ki potrebujejo invazivne postopke/posege zdravljenja ter število bolnikov z oslabljenim imunskim odzivom. Nujni so novi pristopi zdravljenja oz. preprečevanja okužb npr., s cepivi proti virulentnim dejavnikom patogenov. Uporaba cepiv je močno zmanjšala obolevnost in smrtnost zaradi npr. davice (okužba s Corynebacterium diphtheriae), tetanusa (Clostridium tetani) in oslovskega kašlja (Bordetella pertussis) in vendar še vedno ni učinkovitih cepiv proti številnim drugim patogenim mikroorganizmom. Virulentni dejavniki, ki jih sintetizirajo bakterije omogočijo kolonizacijo, vdor in poškodbe gostitelja. V primeru patogenov, ki so tudi del normalne mikrobne flore so kot tarče cepiv lahko virulentni dejavniki ki (i) igrajo ključno vlogo v patogenezi in (ii) katerega producirajo vsi oz. velika večina patogenov ter le zelo majhen delež nepatogenih sevov.
Patogeni sevi vrste Escherichia coli sodijo med poglavitne povzročitelje bolehnosti in umrljivosti ljudi v svetovnem merilu. So najpogostejši povzročitelji zapletenih okužb urinarnega trakta, najpogostejši povzročitelji doma pridobljenih bakteriemij in med najpogostejšimi povzročitelji v bolnišnicah pridobljenih bakteriemij in sepse.
Protein USP je ključni virulentni dejavnik patogenih sevov Escherichia coli izoliranih iz bolnikov z zapletenimi okužbami sečil, bakteriemijo in sepso. Gen usp z zapisom za sintezo proteina USP je v 4.2 kbp dolgem otoku patogenosti. Navzdol od gena usp so še trije odprti bralni okvirji, ki niso pomembni za virulenco. Lastnosti proteina USP, njegova vloga in mehanizem delovanja so zaenkrat popolnoma neznani. Protein TcpC, pred kratkim opisan v uropatogenem sevu E. coli, predstavlja novi razred virulentnih dejavnikov bakterij, saj z vezavo na TLR (ang. Toll-like receptor) prepreči TLR signaliziranje in posledično omeji odziv prirojene imunosti ter poveča virulenco bakterij.
Cilj predloženega projekta je uporaba proteinov USP in TIR domene proteina TcpC za izdelavo cepiva, ki bi ščitilo pred sevi E. coli, ki povzročajo najbolj zapletene okužbe. V ta namen bomo proučili prevalenco zapisov obeh proteinov med komenzali in patogenimi sevi bakterije E. coli izoliranimi v Sloveniji. S kloniranjem skupka genov in posameznih genov za sintezo in izločanje proteina USP bomo razjasnili njihovo vlogo. Izolirali bomo čisti protein, karakterizirali njegove biokemijske lastnosti in proučevali mehanizme njegovega delovanja proti izbranim celičnim kulturam. Določili bomo, katera domena proteina je odgovorna za patogeni učinek in nato z osamljeno domeno in domeno TIR proteina TcpC preverili indukcijo imunskega odziva.
Pomen za razvoj znanosti
Kljub temu, da pogostnost bakteriemij in sepse narašča so do sedaj le maloštevilne raziskave preučevale lastnosti bakterijskih sevov, ki jih povzročajo. Narašča tudi pogostnost bakterij odpornih proti številnim klinično pomembnim antibiotikom. Poleg tega novejše raziskave razkrivajo, da so bakterijske okužbe lahko tudi vzrok nekaterih rakastih obolenj bodisi zaradi vnetnega odziva na okužbo ali zaradi genotoksinov, ki jih bakterije producirajo. Slednji poškodujejo genom gostitelja. Glede na podobnost C terminalne domene Usp in kolicina E7 je veljalo, da je Usp bakteriocin, vpleten pri med-bakterijskem tekmovanju. Prvi smo izdelali protokol za uspešno izolacijo proteina Usp. Naša raziskava je prva pokazala, da je protein Usp pravi virulentni dejavnik, ki v humanih celicah izzove poškodbe genoma, prerazporeditve citoskeleta in apoptozo ter, da je izločen iz bakterijskih celic. Poškodbe genoma humanih celic je prvi korak, ki izzove nenadzorovano rast in tumorigenezo. Vsi preiskovani sevi bakterije E. coli, z genetskim zapisom za usp, sodijo v filogenetsko skupino B2 in so statistično značilno povezani z genetskimi zapisi za cnf1, hlyA, papGIII, tcpC in sfaDE. Kljub temu, da je bila statistično značilna višja prevalenca gena usp pri patogenih sevih E. coli, smo genetski zapis zanj zasledili tudi pri komenzalnih sevih izoliranih iz zdravih oseb. Ker protein Usp poškoduje genome bi lahko bil vpleten pri razvoju rakastih obolenj. Zaradi odpornosti bakterij proti antibiotikom so nujno potrebni novi pristopi v boju proti bakterijskim okužbam. S cepljenjem preprečimo okužbe in se posledično izognemo potrebi po zdravljenju. Ključno za pripravo cepiva je vzpodbujanje imunskega odziva. Dokazali smo, da katalitična podenota proteina Usp izzove imunski odziv in je torej primerna za pričetek priprave cepiva, ki bi ščitilo proti okužbam urinarnega trakta s težjim potekom, bakteriemijo povzročeno z E. coli in tudi proti nekaterimi rakastimi obolenji. Dokazali smo novi mehanizem zaščite bakterij pred delovanjem lastnega toksina – prekritje genoma z nespecifično vezavo proteina Imu3 na DNA.
Pomen za razvoj Slovenije
Zaradi vse večje pogostnosti determinant odpornosti proti antibiotikom se povečuje in se bo še povečevala umrljivost zaradi infektivnih obolenj. Bolj pogosto bo potrebno zaporedno zdravljenje z več antibiotiki ali s kombinacijami več antibiotikov in bolj pogosto bo potrebno zdravljenje v bolnišnicah, kar izjemno poveča stroške zdravljena. Lahko pričakujemo, da bodo danes še preprosti kirurški posegi ter invazivni a vendar nujni medicinski postopki, katere spremlja protimikrobna terapija, v bodoče zelo tvegani. Poleg tega najnovejše raziskave povezujejo nekatere bakterijske okužbe z rakastimi obolenji. Nujni so novi pristopi kot so karakterizacija in osamitev virulentnih dejavnikov patogenih bakterij, razumevanje njihovega delovanja in poskusi izdelave cepiv. Sevi bakterije E. coli so močno razširjeni in povzročajo tudi v Sloveniji številne okužbe vključno z bakteriemijo in sepso. Slednja je v razvitem svetu deseti, na oddelkih intenzivne medicine pa drugi najpogostejši vzrok smrti. Pogostnost okužb s težjim potekom narašča tudi zaradi naraščanja števila oseb z oslabljenim imunskim odzivom (starostniki, kronični bolniki, onkološki bolniki, bolniki po kirurških posegih) kakor tudi zaradi odpornosti bakterij proti antibiotikom. Z ustreznim cepivom bi lahko pred tovrstnimi okužbami zaščitili najbolj ogrožene skupine: onkološke bolnike, starostnike, bolnike s sladkorno boleznijo in ranami, bolniki pred presaditvijo, bolnike pred kirurškimi posegi. Zmanjšali bi stroške zdravljenja oz. preprečili potrebe po zdravljenju. Vpletenost bakterij v tumorigenezi je predmet intenzivnih raziskav najuglednejših raziskovalnih skupin v svetovnem merilu. Odkritje, da Usp deluje kot genotoksin in, da ga producirajo tako patogeni kakor tudi komenzalni sevi bakterije E. coli, postavlja Slovenijo ob bok držav z najvidnejšimi raziskovalnimi dosežki. Odkritje, da se protein imunosti Imu3, ki ščiti producenta proti delovanjem Usp, nespecifično veže na DNA ima velik biotehnološki potencial – npr. izolacija DNA iz naravnih vzorcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
