Onderzoekers van de University of California San Diego School of Medicine en Jacobs School of Engineering, met collega’s van het Baylor College of Medicine, hebben een systeembiologische benadering gebruikt om de genetische diversiteit van Clostridioides difficile, een bijzonder problematische ziekteverwekker in zorginstellingen, te analyseren.
De Centers for Disease Control schat dat de bacterie jaarlijks ongeveer 500.000 infecties veroorzaakt in de Verenigde Staten, met ernstige diarree en colitis (ontsteking van de dikke darm) als kenmerkende symptomen.
De bevindingen van de onderzoekers zijn gepubliceerd in het online nummer van PNAS van 27 april 2022.
C. difficile is de meest dominante oorzaak van ziekenhuisinfecties, deels door het gebruik van antibiotica, die voldoende gezonde bacteriën kunnen doden om C. difficile ongecontroleerd te laten groeien. Vooral bij ouderen zijn infecties gevaarlijk. Een op de 11 65-plussers bij wie de diagnose C. difficile in het ziekenhuis wordt gesteld, sterft binnen een maand, meldt de CDC.
“C. diff is hardnekkig en alomtegenwoordig”, zegt senior auteur Jonathan M. Monk, PhD, een onderzoekswetenschapper in de Systems Biology Research Group aan de UC San Diego, geleid door Bernhard O. Palsson, PhD, hoogleraar bio-engineering en een adjunct-professor aan de UC San Diego School of Medicine. “Het veroorzaakt geen typische diarree. De meeste mensen herstellen wel, maar sommigen worden ernstig ziek, moeten in het ziekenhuis worden opgenomen en sommigen sterven aan complicaties zoals nierfalen of sepsis.”
Om de genetische kenmerken van C. difficile beter te begrijpen – en zo modellen te ontwikkelen die de complexe en constante evolutie ervan kunnen identificeren en voorspellen – gebruikten onderzoekers sequencing van het hele genoom, fenotypische screening met hoge doorvoer en metabole modellering van 451 bacteriestammen.
Deze gegevens werden gebruikt om een ”pangenoom” of een volledige reeks genen te construeren die representatief zijn voor alle bekende C. difficile-stammen, waaruit ze 9.924 verschillende genclusters identificeerden, waarvan 2.899 werden beschouwd als kern (gevonden in alle stammen), terwijl 7.025 werden geïdentificeerd. “accessoire” (aanwezig in sommige soorten, maar ontbrekend in andere).
Met behulp van een nieuwe typeringsmethode categoriseerden ze 176 genetisch verschillende groepen stammen.
“Typen op accessoire-genoom maakt de ontdekking mogelijk van nieuw verworven genen in genomen van pathogenen die anders onopgemerkt zouden blijven met standaardtyperingsmethoden”, zegt co-auteur Jennifer K. Spinler, PhD, een instructeur in pathologie en immunologie aan het Baylor College of Geneesmiddel. “Dit kan van cruciaal belang zijn om te begrijpen wat een uitbraak veroorzaakt en hoe de verspreiding ervan kan worden bestreden.”
Vijfendertig stammen die de totale set vertegenwoordigen, werden experimenteel geprofileerd met 95 verschillende voedingsbronnen, waardoor 26 verschillende groeiprofielen werden onthuld. Het team bouwde vervolgens 451 stamspecifieke genoomschaalmodellen van het metabolisme om op computationele wijze fenotypediversiteit te produceren in 28.864 unieke omstandigheden. De modellen waren in staat om de groei correct te voorspellen in 76 procent van de gemeten gevallen.
“Een van de sterke punten van het gepresenteerde werk is de samenhang van verschillende biologische gegevenstypen in uitgebreide systeembiologische kaders die analyse op schaal mogelijk maken”, zegt eerste auteur Charles J. Norsigian, PhD, een datawetenschapper in de Systems Biology Research Group. “Door stammen van C. difficile in een populatiecontext te interpreteren, waren we in staat om relevante stamkenmerken aan het licht te brengen met betrekking tot de voedingsniche, virulentiefactoren en antimicrobiële resistentiedeterminanten die anders onopgemerkt zouden zijn gebleven.”
Co-auteurs zijn onder meer: Bernhard O. Palsson, UC San Diego; Heather A. Danhof, Colleen K. Brand, Firas S. Midani, Robert A. Britton en Tor C. Savidge, Baylor College of Medicine; en Jared T. Broddrick en Jennifer K. Spinier, NASA Ames Research Center.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Universiteit van Californië – San Diego. Origineel geschreven door Scott LaFee. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
Bron: lees het gehele artikel