Engineering approaches to investigate pneumococcal gene expression regulation and antibiotic resistance development

Ontstaan antibioticaresistentie onderzocht

Robin Sorg maakte met behulp van synthetische biologie een systeem om bij de belangrijke menselijke pathogeen Streptococcus pneumoniae te onderzoeken. Eerst presenteert hij een kloneringsplatform, waarmee genetische elementen op gestandaardiseerde wijze kunnen worden samengevoegd. Dit systeem is daarna gebruikt om een selectieplatform te bouwen, waarbij zowel positieve als negatieve selectie mogelijk is.

Uit synthetische bibliotheken identificeerde Sorg constitutieve en induceerbare promotors en vervolgens bouwde en karakteriseerde hij op basis van transcriptionele repressors genexpressiecircuits. Onder deze circuits bevinden zich inverters, een logische EN-poort en genetische aan-uitschakelaars die bi-stabiele genexpressiepatronen teweeg kunnen brengen.

Inzicht in de dynamische effecten van antibiotica was essentieel voor de constructie van het selectieplatform en voorlopige experimenten suggereerden dat de patronen van groeiremming correleren met de classificatie van de antibiotica (bacteriostatisch of bacteriedodend). Deze observaties wekten de interesse van Sorg, en leidde tot een meer gedetailleerde studie naar de werking van antibiotica en naar antibioticaresistentie, met inbegrip van observaties op het niveau van individuele cellen. Hij ontdekte dat heterogeniteit in antibioticagevoeligheid en aanhoudende activiteit van genexpressie belangrijke factoren zijn voor de ontwikkeling van resistentie.

Verder zag Sorg dat de expressie van chloramphenicolacetyltransferase in resistente cellen zorgt voor bescherming van gevoelige cellen die zich in de nabije omgeving bevinden. Hij toont aan dat deze kruisbescherming tot stand komt door intracellulaire de-activatie van het antibioticum en demonstreren de potentiële klinische relevantie van dit mechanisme. Tot slot presenteert Sorg een studie naar de dynamische aspecten van het schakelgedrag in multistabiele systemen, op basis van het goed gekarakteriseerde lac-reactiepad in Escherichia coli.

Robin Sorg verrichtte zijn promotieonderzoek bij de afdeling Moleculaire Genetica van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB), met financiering van een NOW-ALW VIDI fellowship. Hij werkt nu als postdoc aan de RUG.

Meer over een onderdeel van het onderzoek van Sorg is te lezen in het nieuwsbericht dat werd gemaakt naar aanleiding van de publicatie in Nature Communications: Nieuw inzicht in ontstaan antibioticumresistentie.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/07eed641-f956-4e35-8061-b54b81e2cb6d