Tilbake til søkeresultatene

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Proteomic characterization of Escherichia coli

Tildelt: kr 4,9 mill.

Escherichia coli er en av de viktigste mikrobene som kan gi sykdom hos mennesket. Den forekommer i mange forskjellige varianter med hver sin spesielle tilpasning. Noen E. coli varianter er en del av normalfloraen vår og kan slik sett sees på som både harmløse. Andre varianter gir sykdom og er høyt spesialiserte. Noen gir urinveisinfeksjoner, andre gir ulike former for tarminfeksjoner og kan gi alvorlige følgetilstander. Mat forurenset med slike varianter representerer en viktig helserisiko i samfunnet. Nye varianter av E. coli med omfattende resistens mot antibiotika er et fenomen som øker i omfang også i Norge. I dette prosjektet arbeider vi med å kartlegge proteinuttrykket til disse ulike variantene av E. coli for bedre å forstå hvordan E. coli har spesialisert seg til å gi ulike former for sykdom. I dag kjenner vi det fullstendige arvematerialet til en lang rekke E. coli varianter, men hvilke gener som uttrykkes i stor mengde er ikke så godt kjent. Vi har samlet inn data som viser proteinuttrykket til de viktigste E. coli variantene hvor vi samtidig kjenner den nøyaktige sammensetningen av arvematerialet (DNA sekvensen), og har utført "synonym proteogenomikk" karakterisering av disse. Vi har etablert en forenklet metode til å undersøke proteinene fra en E. coli stamme og kan med denne metoden finne over 2000 forskjellige proteiner og samtidig få gode data på hvilke proteiner det er mest av og hvilke det er minst av, dvs vi kan måle mengden av hvert enkelt protein. Etter det vi kjenner til idag uttrykker E. coli ca 2600-2700 forskjellige proteiner og det betyr at vi med vår metode finner omtrent 80% av de proteinene som bakterien lager. Metoden er effektiv i forhold til tidligere metoder og gjør det mulig å undersøke og sammenligne mange forskjellige stammer av E. coli. Vi har også tatt i bruk dataanalyseprogrammer som letter en slik sammenligning betraktelig slik at det blir enklere å sortere ut proteiner som skiller mellom ulike E. coli varianter og proteiner som går igjen i alle E. coli variantene. Å tolke all informasjonene som ligger i arvematerialet til bakteriene er meget krevende og man bruker avansert programvare til å finne ut hvor det enkelte gen er. Disse metodene har allikevel noen svakheter. Et gen koder for et protein. Derfor kan vi ved å analysere proteinene finne ut hvor genene er. Informasjonen som vi får om alle proteinene fra en bakterie kan vi derfor bruke til å oppdatere tolkningen av arvematerielet til den enkelte variant og stamme av E. coli. Disse metodene kan også brukes til å sammenligne hvordan proteinuttrykket varierer med dyrkningsbetingelsene. Aller helst ønsker vi å vite hvordan proteinuttrykket er når bakteriene gir infeksjon i kroppen vår. For å komme et skritt nærmere har vi etablert en metode til å rense ut bakterier fra blodkultur, dvs direkte fra prøvematerialet som hentes fra pasienter med blodforgiftning. På denne måten har vi nå karakterisert proteinuttrykket til E. coli renset opp direkte fra blodkulturer fra pasienter med blodforgiftning etter urinveisinfeksjon og fått interessant data som viser hvordan proteinuttrykket er under disse betingelsene og som kan sies å være nær opp til de betingelsene bakteriene har når de gir infeksjon i pasienten. Vi har også omfattende data fra de viktigste variantene av E. coli som gir turistdiare og er i ferd med å skrive sammen en artikkel som sammenligner proteinuttrykket i disse stammene. Vi har også samlet inn data fra alle de viktigste E. coli variantene og arbeider med en sammenstilling av disse funnene. Et hovedfunn er at gener som kodes i plasmider (minikromosomer som kan overføres mellom bakterier) ofte lages i store mengder av bakteriene. Utviklingen fremover tilsier at man vil få stadig bedre og enklere metoder til å karakterisere proteinuttrykket i bakterier. Slik informasjon vil kunne gi god oversikt over følsomhet og resistens mot antibiotika, svar på om bakteriene har særskilte sykdomfremkallende evner, og vi vil få detaljert kunnskap om hvordan problembakterier sprer seg i samfunnet og i helseinstitusjoner.

Escherichia coli is responsible for the most serious examples of infections observed in medical units. The ongoing genomic sequencing effort has facilitated high-throughput, large-scale analysis of 30 sequenced E. coli strains, including laboratory strain s, commensal strains, pathogens with different specializations and a multidrug resistant specimen. Genomics itself has not revealed a full understanding of the bacterial biology, indicating that acquisition of virulence and drug-resistance is often multi- factorial. We will use high-resolution, highly accurate mass spectrometry to identify, characterize and quantify peptides from proteins present in extracts of E. coli samples. Our recent work shows that, with such approach, we can identify 2200-2500 bact erial proteins with a 1% false discovery rate per sample, in a single experiment, obtaining quantitative information for >95% of the identified proteins in a sample, with impressive dynamic ranges that goes from 4-6 orders of magnitude. Protein data for l aboratory, commensal, and pathogenic strains of E. coli, will be compared. All samples originating from similar strains will be clustered and analyzed individually, but taking into consideration its cluster. While specific strains might develop independen t mechanisms of virulence or drug-resistance, certain key molecules might be differentially expressed in the strains of a certain cluster. The analysis of individual data from individual strains can be used to generate data-driven hypothesis about the bio logy involved in virulence or acquisition of drug-resistance. The analysis of a cluster of strains might be useful to limit potential targets for vaccine or therapy. This is an important feature, since it has been demonstrated in certain disease models th at different strains induce differential responses during infection in vaccinated/treated hosts.

Aktivitet:

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol