Fighting antimicrobial resistant infections by high-throughput discovery of biofilm-disrupting agents and mechanisms

Antimikrobiell resistens er et økende problem over hele verden, og mange bakterielle infeksjoner er i dag vanskelige å behandle på grunn av økende antimikrobiell resistens. Nye forskningsverktøy er avgjørende for at det skal være mulig å finne nye strategier for å bekjempe infeksjoner forårsaket av antibiotikaresistente bakterier. I DISRUPT-prosjektet har vi fokusert på ulike antibiotikaresistente patogener, og spesielt på patogener som forårsaker biofilmassosierte infeksjoner. Disse inkluderer uropatogene E. coli (den viktigste årsaken til urinveisinfeksjoner og kateterinfeksjoner), Staphylococcus aureus (som forårsaker biofilmassosierte kroniske sår- og medisinske implantatinfeksjoner), og Streptococcus pneumoniae (hvis biofilmer har vært assosiert med mellomøreinfeksjoner og pneumoniae). Biofilmer er strukturerte samfunn av bakterier som er festet til overflater og holes dammen gjennom en slimlag av polysakkarider lipider, DNA og/eller proteiner. Disse biofilmene gjør patogenene ekstra motstandsdyktige mot antibiotika og øker den allerede eksisterende resistensen, noe som gjør infeksjonsbehandlingen svært problematisk. I løpet av prosjektperioden har vi konstruert et sett med nye, banebrytende forskningsverktøy for disse patogenene. Vi har generert mutantbibliotek som dekker hele bakteriegenomene basert på transposonmutagenese og CRISRP-interferens, og satt opp metoder som muliggjør robotbaserte skjermer for antibakterielle og antibiofilmforbindelser. Videre har vi satt opp en ny mikrofluidbasert teknologi som muliggjør screening av antibakterielle antistoffer. I rammen av dette prosjektet har de nye verktøyene gjort det mulig å identifisere gener som er essensielle for vekst og biofilmdannelse i disse bakteriene. Tilnærmingene som er utviklet her vil være svært viktige som verktøy for forskere som jobber med disse AMR-patogenene utover det nåværende prosjektet.

Through the DISRUPT project, three PhD-students and two postdoctoral researchers in Norway, Germany and Switzerland have performed their training. Two other PhD-students who were not employed in the project, participated in the project tasks, as well as several master received their training as part of the project. All the researchers as well as the labs involved have expanded their international network via this project. In addition to the specific results obtained, a number of research tools and resources have been generated through this project (including methods for screening of antibacterial antibodies, genome-wide mutant libraries, new protocols for robotics setup, analysis tools for genome-wide screens, protocol for CRISPRi-Seq) and all these will be of major importance for future research projects on the AMR pathogens E. coli, S. aureus and S. pneumoniae.

Many bacterial infections are associated with biofilms. Biofilm-related infections, particularly those caused by drug resistant bacteria, are difficult to handle with current antibiotic strategies. This includes wound-infections (e.g. caused by Pseudomonas aeruginosa or Staphylococcus aureus), urinary tract infections (e.g. Escherichia coli), chronic airway infections (e.g. P. aeruginosa) and pre-infection colonization by Streptococcus pneumoniae. New strategies and compounds to fight such resilient infections are imperative; however, the full repertoire of genes and processes that are essential for biofilm formation in different microbes is unknown. In this project, we aim to provide new tools, targets and agents for understanding and treating biofilm-associated infections in four major AMR pathogens (P. aeruginosa, UPEC, S. aureus and S. pneumoniae). To achieve this, we have assembled an interdisciplinary team with diverse expertise in microbial genetics and genomics, high-throughput screening and antibiotics/antibody research. Our project involves a combination of state-of-the-art genetic approaches to construct genome-wide tools with automated biofilm-phenotyping and high-throughput screening for anti-biofilm antibodies and chemicals. Finally, we will characterize the mechanism of action of novel anti-biofilm agents.