Tilbake til søkeresultatene

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

Disentangling penicillin resistance and compensatory adaption in pneumococci by combining genomics and molecular microbiology.

Alternativ tittel: Å forene genomikk med molekylærbiologi for å forklare penicillinresistens og kompensatoriske tilpasninger hos pneumokokker.

Tildelt: kr 12,0 mill.

Pneumokokker (Streptococcus pneumoniae) er en av de viktigste sykdomsfremkallende bakteriene i verden som forårsaker infeksjoner hos mennesker. Den gir infeksjoner som for eksempel lungebetennelse, ørebetennelse, blodforgiftning og hjernehinnebetennelse. Pneumokokkinfeksjoner behandles først og fremst med penicillin, men økningen av penicillinresistente pneumokokker skaper store utfordringer. Også i Norge ser vi en økning av penicillinresistens hos pneumokokker. Konsekvensen av resistens er at helsevesenet begynner å gå tom for behandlingsalternativer, og WHO har satt pneumokokker på sin liste over bakterier som samfunnet må prioritere forskning på for å utvikle nye antibiotika og antimikrobielle strategier. Vi vet at penicillinresistens har en kostnad for bakteriene. Det vil si at for å bli resistente må de gjøre endringer i viktige gener. Altså de blir resistente, men det går på bekostning av bakterienes fitness. Dette prosjektet er et samarbeid mellom Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU) og Folkehelseinstituttet (FHI) hvor et av målene er å finne ut hvilke gener som endres hos pneumokokker for at de skal bli høyresistente mot penicillin. Når vi vet hvilke gener som er viktige for høy resistens, kan vi bruke denne informasjonen til vår fordel i kampen mot antibiotikaresistens. For eksempel hvis man i fremtiden kan finne et stoff som hemmer funksjonen til genene som bidrar til høy penicillinresistens, så vil dette stoffet gjøre resistente pneumokokker sensitive mot penicillin igjen. Ved å kombinere dette nye stoffet med eksisterende penicilliner, kan vi fortsette å behandle pneumokokkinfeksjoner med penicillin i fremtiden. Et annet viktig mål med prosjektet er å se på spredning av resistente isolater i den norske befolkningen og opphavet til disse pneumokokkene. Vi har til nå DNA-sekvensert alle genene i mer enn 1000 pneumokokkisolater, som FHI har samlet fra norske pasienter opp igjennom historien («norske» pneumokokkisolater). Flere av disse er resistente mot penicillin, og våre bioinformatiske analyser har identifisert endringer (mutasjoner) i gener med både kjent og ukjent funksjon hos de resistente isolatene. Flere av genene med kjent funksjon koder for enzymer som kalles penicillinbindende proteiner (PBPer). Pneumokokker har seks PBPer og de er med på å lage celleveggen som omslutter og beskytter bakterier. Det er nettopp disse enzymene som angripes av penicillin ved at penicillinmolekylene «hermer» etter byggeklossene som PBPene bruker for å lage celleveggen. Penicillinmolekyler binder sterkt til PBPene, men kan ikke brukes til å lage cellevegg og vil derfor blokkere PBPene. Dette fører til at bakterien stopper å dele seg. Man har lenge vært klar over at penicillin binder svakere til muterte PBPer og at dette gir økt toleranse mot penicillin. Hvordan muterte PBPer samtidig beholder evnen til å lage cellevegg, er derimot et mysterium. Celleveggen som lages av disse endrede PBPene har ofte en unormal oppbygning, og det ser ut som at noen av dem behøver en spesiell variant av byggeklossene som skal settes sammen til en cellevegg. Vi studerer nå hvilke av de endrede PBPene som er kritisk for høy resistens, og sammenhengen mellom mutert PBP og endringer i celleveggstrukturen hos resistente pneumokokker. I tillegg har vi funnet mutasjoner i gener med ukjent funksjon. Eksperimenter for å avdekke genenes funksjon, og deres bidrag til resistens mot penicillin, er også et hovedfokus for prosjektet fremover.

Pneumococci are major contributors to morbidity and mortality world-wide. The antibiotics of choice for treatment of pneumococcal infections are beta-lactams (including penicillin). However, their superior role as efficient drugs is fading in concert with the accelerating spread of beta-lactam resistance genes. Interestingly, beta-lactam resistant pneumococci must employ less efficient cell-wall synthesizing enzymes (low-affinity PBPs) which impose them a fitness cost that has great therapeutically potential. To become successful resistant clones, they acquire compensating mutations re-establishing their fitness. The proposed project will combine genome-wide association and epistasis analyses with molecular biology providing new knowledge on the mechanisms used by pneumococci to alleviate the fitness cost of being resistant to beta-lactam antibiotics. This will open the way for research aimed at generating more effective beta-lactams that are less prone to resistance development, keeping beta-lactams relevant as effective drugs in the future. By identifying specific pathways, and enzymatic functions required for relieving the fitness cost, it will be possible to screen for small molecules targeting these compensatory mechanisms that can be used in combination with existing beta-lactam antibiotics to sensitize already resistant strains. In our search for fitness cost mutations, we will genome sequence 1500 uncharacterized isolates from Norwegian patients and healthy carriers. This will also answer questions related to the spread and evolution of pneumococcal beta-lactam resistance in Norway, which is largely unknown. It will enhance our ability to trace resistant strains and give knowledge which can help implement strategies to slow the spread of resistant pneumococci in the population.

Budsjettformål:

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

Finansieringskilder