A multifaceted approach to multidrug resistance in Haemophilus influenzae: exploring novel resistance mechanisms & making old antibiotics great again

2020: Fokus på multiresistens og biofilm hos Haemophilus influenzaeHaemophilus influenzae er en viktig årsak til infeksjoner og antibiotikabruk, og antibiotikaresistens er et økende problem. I dette prosjektet fokuserer vi på nye og uvanlige mekanismer for resistens - med særlig vekt på overførbar multiresistens. I tillegg undersøker vi om et stoff i brunalger kan gjøre bakterien mer følsom for antibiotika.FORMÅL Prosjektet består av tre delstudier, som vil gi ny kunnskap om variasjonsbredden i resistensmekanismer, utvikling og spredning av ulike typer resistens og hvordan disse påvirker bakteriens fitness, og potensialet for en naturlig biofilmhemmer til å øke følsomheten for antibiotika. DELSTUDIE 1: Gir mutasjoner i penicillinbindende proteiner (PBP) resistens mot meropenem og piperacillin? Meropenem og piperacillin er "reservemidler" i betalaktamgruppen og forbeholdes alvorlige infeksjoner hvor andre antibiotika ikke virker. De påvirkes lite av mutasjoner i PBP3, som er den eneste kjente kromosomale resistensmekanismer mot betalaktamer. Årsaken er at disse midlenes viktigste angrepspunkt er PBP2. I denne studien vil vi undersøke om endringer i PBP2 kan gi resistens mot meropenem og piperacillin. Ved hjelp av transformasjon (opptak av fritt DNA) med syntetisk DNA og DNA fra kliniske resistente stammer vil vi lage mutanter og kartlegge effekten av ulike PBP2-mutasjoner på følsomhet for antibiotika og bakteriens fitness (veksthastighet og konkurranseevne). Dersom PBP2-mediert resistens kan lages i laboratoriet vil dette trolig også kunne oppstå i naturen. Dette innebærer at det må etableres systemer for å overvåke forekomsten av slik resistens, og unødvendig bruk av meropenem og piperacillin bør reduseres for å forsinke utviklingen av resistens. Prosjektet er foreløpig i planleggingsfasen. DELSTUDIE 2: Karakterisering av multiresistent klon Delstudien tar utgangspunkt i funn av en multiresistent klon i prosjektet "Evolution and spread of high-level beta-lactam resistance in Haemophilus influenzae". Klonen har en tidligere ubeskrevet kombinasjon av overførbare resistensgener mot flere typer antibiotika. Foreløpig karakterisering av stammen med helgenomsekvensering og bioinformatiske analyser har avdekket at resistensgenene er samlokalisert på et nytt mobilt genetisk element. Dette elementet er av en type som gjør det i stand til å overføre en kopi av seg selv til andre bakterier i nærheten (konjugasjon). Denne typen overførbar resistens innebærer at bruk av ett antibiotikum vil kunne selektere for resistens mot flere antibiotika samtidig. I prosjektet vil vi studere hvor effektiv overføring mellom bakterier er, hvordan det mobile genetiske elementet uttrykkes i mottakerstammen, og hvordan elementet påvirker bakteriens fitness. Vi har utført tredjegenerasjonssekvensering for å få et komplett, sammenhengende genom, karakterisert det mobile genetiske elementet ved hjelp av bioinformatiske analyser, og etablert metodologi for konjugasjon og fitnessanalyser. DELSTUDIE 3: Effekt av biofilmhemmer Biofilm er en bakteriell livsform hvor bakteriene danner "samfunn" av bakterieceller på overflater, omgitt av et beskyttende lag ("matrix") som bl.a består av proteiner og DNA. I biofilm er bakteriene beskyttet mot antibiotika og angrep fra vertens immunforsvar, de kan utveksle genetisk informasjon, og de kan penetrere epitelceller og gi invasive infeksjoner. Biofilmhemmere har et stort potensiale for profylakse og behandling av infeksjoner. I denne delstudien vil vi etablere en eksperimentell biofilm-modell for å kunne studere hvordan biofilm påvirkes av ulike typer antibiotika, og om det er synergistisk effekt mellom antibiotika og en brunalge som tidligere har vist biofilmhemmende effekt på andre bakterier. Etablering av modellen og utførelse av eksperimentene inngår i et pågående masterprosjekt for bioingeniør Kaja Marienborg ved OsloMet.