Vibrio cholerae: organizm modelowy do badania patogenezy bakteryjnej – wywiad

W Es.In MindUP badamy biologię patogenów ludzkich w środowiskach pozagospodarzowych. Wiele patogenów ludzkich po opuszczeniu swojego gospodarza musi przetrwać w środowisku przed zainfekowaniem kolejnego organizmu. Naszym celem jest zatem lepsze zrozumienie procesów kontrolujących przeżywalność patogenów ludzkich w środowisku.

Naszym celem jest lepsze zrozumienie dynamiki transmisji czynników zakaźnych. W związku z tym jako organizm modelowy wykorzystujemy Vibrio cholerae, czynnik etiologiczny choroby biegunkowej – cholery. Vibrio cholerae jest fakultatywnym patogenem ludzkim i posiada wodny cykl życiowy.

Dzięki temu otrzymujemy doskonałą okazję do zbadania przeżywalności ludzkiego patogenu w środowisku naturalnym. Istnieje wiele narzędzi pozwalających na badanie tego organizmu. Jego genom został w pełni zsekwencjonowany, a dostępne są macierze mikroukładów reprezentujące każdy gen w genomie.

Co więcej, istnieje wiele narzędzi, które pozwalają nam manipulować genomem tego organizmu. Mój program badawczy wykorzystuje te narzędzia i integruje je w celu zbadania cyklu życiowego cholery w środowisku wodnym. W naszych eksperymentach staramy się zatem symulować środowiska wodne, w których żyje ten organizm.

Następnie chcielibyśmy dowiedzieć się, w jaki sposób organizm ten wyczuwa wahania w środowisku w odniesieniu do ładunku składników odżywczych, temperatury, zasolenia lub innych stresorów biologicznych, takich jak fagowe i tzo? W środowisku wodnym Vibrio cholerae występuje albo w formie wolnożyjącej, albo w formie przytwierdzonej do powierzchni. Formy przytwierdzone do powierzchni są znane jako biofilmy, które składają się po prostu z mikroorganizmów i ich zewnątrzkomórkowych substancji polimerowych, którymi mogą być egzopolisacharydy i białka, a czasem DNA.

Macierz ta działa jak spoiwo i utrzymuje organizm w całości. Organizmy te, rozwijając się w formie biofilmu, wykazują w rzeczywistości odporność na fluktuacje parametrów środowiskowych oraz mogą być lepiej chronione na przykład przed fagami i proteazami. Czynniki te kontrolują liczebność mikroorganizmów w środowisku.

Niektórymi z ostatnich postępów technologicznych, które pomogły nam w naszych badaniach, są ukończenie sekwencjonowania genomu organizmu oraz rozwój technologii mikromacierzy. Wykorzystując te technologie, możemy określić na poziomie całego genomu, jak organizm ten reaguje na główne wahania w środowisku, takie jak niedobór składników odżywczych lub zmiany temperatury. Jednym z naszych głównych celów jest również zintegrowanie badań ekspresji całego genomu z analizą sieciową.

Dążymy do zidentyfikowania sieci regulacji genetycznej, która kontroluje odpowiedź na fluktuujące parametry środowiskowe. Chcielibyśmy móc modelować zachowanie organizmu w środowisku. Ponadto wciąż nie wiemy, z kim i w jakich warunkach środowiskowych wchodzi w interakcje Vibrio cholerae.

niewiele wiemy o ekologii tego organizmu, a także nie znamy znaczenia genów i procesów, które zidentyfikowaliśmy jako istotne dla przeżycia tego organizmu w warunkach laboratoryjnych, w odniesieniu do świata rzeczywistego. Nie wiemy również, czy zidentyfikowane przez nas geny ulegają ekspresji, gdy Vibrio cholerae znajduje się w środowisku naturalnym. Chcielibyśmy również móc identyfikować i hodować organizmy, z którymi oddziałuje Vibrio cholerae, ponieważ w środowisku Vibrio cholerae jest częścią złożonej społeczności mikrobiologicznej.

Uważam zatem, że zrozumienie biologii Vibrio cholerae w środowisku naturalnym jest zadaniem wymagającym, a jednocześnie kluczowym dla poznania biologii tego organizmu. Mam nadzieję, że w ciągu najbliższych pięciu lat uda nam się lepiej scharakteryzować komponenty polisacharydowe VP biofilmów. Na przykład w przypadku Vibrio cholerae wciąż nie znamy struktury polisacharydu VP, który spaja ze sobą komórki.

Nie znamy również wszystkich składników parametrów biofilmu. Docelowo uważam, że byłoby świetnie móc ilościowo określić składniki parametrów biofilmu w naturalnych biofilmach tych organizmów. Myślę, że kolejnym dużym wyzwaniem jest badanie, być może w środowisku naturalnym.

Mam nadzieję, że będziemy w stanie wykorzystać porównawcze badania genomiczne i połączyć profilowanie ekspresji całego genomu z genomiką porównawczą, aby lepiej zrozumieć ewolucję IBR cholera jako patogenu.