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Systems biology of Pseudomonas aeruginosa in biofilms

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Mit Systembiologie Darmbakterien erforschen

Das opportunistische Bakterium Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) wird immer mehr resistent gegen Antibiotikum. Mithilfe einer EU-Finanzierung wurde ein systembiologischer Ansatz angewandt, um mit Blick auf die Entwicklung von neuen Wirkstoffen Gene zu identifizieren, die seinem Überleben beteiligt sind.

Gesundheit

Einrichtungen der Gesundheitsversorgung sind ideal für Infektionen mit antibiotikaresistenten Keimen, wen die Patienten ein geschwächtes Immunsystem haben und der Selektionsdruck durch die Verwendung von mehreren antimikrobiellen Mitteln besteht. Aufgrund seiner Fähigkeit, Biofilme zu seinen Nachbarn bilden zu können, ist P. aeruginosa eine häufige Ursache von potenziell tödlichen chronischen Infektionen wie Sepsis und Pneumonie. Das EU-finanzierte Projekt SYSBIOFILM (Systems biology of Pseudomonas aeruginosa in biofilms) wählte einen Systemansatz auf genetischer Ebene, um Kandidaten für Wirkstoffziele zu identifizieren. Die Forscher ahmten spezifische Mikroumgebungen nach, die mit Biofilmen geschützte mikrobielle Gemeinschaften enthalten. Metabolische Rekonstruktionen des Bakteriums zeigten die Auswirkungen der verschiedenen Deletionen auf das Wachstum in verschiedenen Biofilmumgebungen und identifizierten weitere 26 essentielle Gene. Keines dieser Gene war in nur einer der Bedingungen essentiell, aber die Forscher fanden 17 Kombinationen von 21 verschiedenen Genen, die bedingt essentiell waren. Sauerstoffbeschränkte Bedingungen waren wirksam bei der Verlangsamung des mikrobiellen Wachstums und acht Genpaare zeigten spezielles Potenzial als Wirkstoffziele. In einem anderen wichtigen Strang der Forschung zu P. aeruginosa untersuchte SYSBIOFILM die möglichen Auswirkungen der im Darm lebenden Bakterien auf den gesamten menschlichen Stoffwechsel. P. aeruginosa bewohnt den Darm eines gesunden Menschen in geringen Mengen. Das integrierte Modell von Bacteroides thetaiotaomicron im menschlichen Darm und die metabolische Rekonstruktion von Mäusen ermöglichten den Metabolitenaustausch. Unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten in Bezug auf Fett, Eiweiß und Kohlenhydratzusammensetzung lieferten Beispiele sowohl für Konkurrenz als auch für Symbiose durch für beide Seiten vorteilhafte Kreuzfütterung. Erstmals liefert diese Analyse eine ausführliche Beschreibung des Co-Metabolismus zwischen einem Wirt und seiner kommensalen Mikrobe. Die Arbeit von SYSBIOFILM hat sich mit zwei der wichtigsten Themen und Herausforderungen der modernen Biologie befasst. Antibiotikaresistenz und die gesamten Auswirkungen von Darmbakterien auf den Menschen haben weitreichende Anwendungen in Gesundheitswesen und Biowissenschaften. Die Ergebnisse wurden in zwei hochkarätigen Fachzeitschriften, PLoS One und Gut Microbes, veröffentlicht.

Schlüsselbegriffe

Systembiologie, Darmbakterien, antibiotikaresistente Mikroben, Biofilm, Symbiose

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