Vibrio cholerae: modelorganisme Bacteriële Pathogenese Study - Interview

Bij MindUP bestuderen we de biologie van menselijke pathogenen in omgevingen buiten de gastheer. Veel menselijke pathogenen moeten, nadat ze hun menselijke gastheer hebben verlaten, overleven in het milieu voordat ze een andere gastheer infecteren. Ons doel is daarom om de processen die het overleven van menselijke pathogenen in het milieu beheersen, beter te begrijpen.

Ons doel is om vervolgens de transmissiedynamiek van infectieuze agentia beter te begrijpen. Hiervoor gebruiken we Vibrio cholerae, de veroorzaker van de diarreeziekte cholera, als modelorganisme. Vibrio cholerae is een facultatief menselijk pathogeen en heeft een aquatische levenscyclus.

Daarom biedt het ons een uitstekende gelegenheid om de overleving van menselijke pathogenen in een natuurlijke omgeving te bestuderen. Er zijn talrijke instrumenten beschikbaar om dit organisme te bestuderen. Het genoom is volledig gesequenced en er zijn microarrays die elk gen in het genoom vertegenwoordigen.

Bovendien zijn er veel instrumenten waarmee we het genoom van dit organisme kunnen manipuleren. Mijn onderzoeksprogramma maakt gebruik van deze instrumenten en integreert ze om de aquatische levenscyclus van cholera te bestuderen. In onze experimenten proberen we daarom de aquatische omgevingen na te bootsen waarin dit organisme leeft.

Vervolgens willen we weten hoe dit organisme schommelingen in zijn omgeving waarneemt met betrekking tot nutriëntenbelasting, temperatuur, saliniteit of andere biologische stressfactoren zoals fagen en TZO. In een aquatische omgeving komt R. cholera voor in een vrijlevende vorm of in een aan een oppervlak gebonden vorm. Deze aan een oppervlak gebonden vormen staan bekend als biofilms, die simpelweg zijn samengesteld uit micro-organismen en hun extracellulaire polymere stoffen, welke kunnen bestaan uit exopolysachariden en eiwitten, en soms DNA.

Deze matrix fungeert als een lijm die het organisme bij elkaar houdt. Wanneer ze in biofilm-modus groeien, zijn deze organismen feitelijk resistent tegen fluctuerende parameters van hun omgeving en kunnen ze beter worden beschermd tegen bijvoorbeeld faag- en proteasoomprobaties. Dit zijn factoren die de overvloed aan micro-organismen in het milieu beheersen.

Enkele van de recente technologische vooruitgang die ons heeft geholpen bij onze studies, zijn de voltooiing van de genoomsequentie van het organisme en de ontwikkeling van microarray-technologie. Met behulp van deze technologieën kunnen we op genoomniveau bepalen hoe dit organisme reageert op grote schommelingen in zijn omgeving, zoals nutriëntentekort of temperatuurveranderingen. Daarnaast is een van onze hoofddoelen om onze studies naar genoombrede expressie te integreren in een netwerkanalyse.

We willen het genetische regulatienetwerk identificeren dat de respons op fluctuerende omgevingsparameters aanstuurt. We willen in staat zijn om het gedrag van het organisme in de omgeving te modelleren. Daarnaast weten we nog niet wanneer en met wie Vibrio cholerae in de omgeving interacteert.

We weten nog niet veel over de ecologie van dit organisme, en we weten ook niet in hoeverre de genen en processen die we als belangrijk hebben geïdentificeerd voor het overleven van dit organisme in het laboratorium relevant zijn voor de echte wereld. Ook is onbekend of de genen die we hebben geïdentificeerd tot expressie komen wanneer Vibrio cholerae aanwezig is in de natuurlijke omgeving. Daarnaast zouden we graag organismen willen kunnen identificeren en kweken waarmee Vibrio cholerae interacteert, aangezien Vibrio cholerae in de omgeving deel uitmaakt van een complexe microbiële gemeenschap.

Ik denk dat het begrijpen van de biologie van Vibrio cholera in de natuurlijke omgeving een uitdaging is, maar het is cruciaal voor ons om de biologie van dit organisme te begrijpen. In de komste vijf jaar hoop ik dat we in staat zullen zijn om de op-polysacharidecomponenten van biofilms beter te karakteriseren. Bij Vibrio cholera weten we bijvoorbeeld nog steeds niet wat de structuur is van het op-polysacharide dat de cellen bij elkaar houdt.

We kennen bovendien nog niet alle componenten van de biofilmmetrieken. Uiteindelijk denk ik dat het geweldig zou zijn om de componenten van de biofilmmetrieken in natuurlijke biofilms van deze organismen te kunnen kwantificeren. Ik denk dat een andere grote uitdaging is om OC in de natuurlijke omgeving te bestuderen.

En ik hoop dat we in staat zullen zijn om gebruik te maken van vergelijkende genomische studies en whole genomic expression profiling te combineren met vergelijkende genomica om de evolutie van IBR cholera als pathogeen beter te begrijpen.