Narrow your search

Library

KBR (3)

KU Leuven (3)

UGent (1)

ULiège (1)


Resource type

dissertation (3)

book (1)


Language

English (3)


Year
From To Submit

2014 (1)

2010 (1)

2009 (1)

Listing 1 - 3 of 3
Sort by

Dissertation
Pyocyanin : electrical connection between bacteria and microchips
Authors: ---
ISBN: 9789088263460 Year: 2014 Volume: 1166 Publisher: Leuven Katholieke Universiteit Leuven

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

In nature, pyocyanin is produced by Pseudomonas aeruginosa and many biological roles of pyocyanin for P. aeruginosa have been described. These roles arise mainly from the intrinsic feature of pyocyanin, i.e. its reversible redox activity. Due to this activity, pyocyanin can also act as electron shuttle enabling pyocyanin to interchange electrons between different redox active substrates by cycling between its oxidation and reduction state. As a result, pyocyanin is an electro-active compound and, consequently, a possible candidate as electrical reporter molecule in a bacterial biosensor. The main scope of this thesis was therefore to develop a bacterial biosensor that produces pyocyanin upon detection of a specific input signal after which the electrical output signal of the biosensor, i.e. pyocyanin, is detected by a microchip.The bacterial biosensor is an Escherichia coli strain that is engineered in this study to produce pyocyanin in a dose-responsive manner. To this end, the pyocyanin biosynthesis genes (phz) were introduced in E. coli by a genetic construct containing the phz genes, modulated by an arabinose-inducible promoter. This construct allows controlling pyocyanin production in a dose-responsive manner, such that the concentration of produced pyocyanin by E. coli is strictly dependent on the concentration of arabinose added to the bacterial culture. This study therefore provides a first proof-of-principle that pyocyanin is an appropriate output molecule for a bacterial biosensor as its production is tightly dependent on the input signal, i.e. arabinose. Pyocyanin has also an antibiotic activity which affects cell fitness of E. coli when it is triggered to produce pyocyanin. As a consequence, performance of the bacterial biosensor is affected and further optimization of the biosensor is required in order to validate pyocyanin as an efficient and accurate output signal in the bacterial biosensor. Therefore, a directed evolution experiment was performed in this study to develop an E. coli strain with an increased tolerance towards pyocyanin. As a result, an E. coli strain was obtained that, compared to the original E. coli strain, is capable of producing pyocyanin at approximately four times higher levels with an increased growth yield. These results demonstrate that directed evolution is a promising strategy for improving the function of part of a synthetic circuit in a genetic context. Whole genome sequencing analysis of ten individual clones was performed in order to identify the genotype of this evolved E. coli strain. This revealed that at least ten genes (ompR, acrB, recA, spoT, cyaA, fre, adhE, hycC, dipZ, mhpR) are affected by mutations during the evolution experiment. Based on literature data, a hypothesis is made on how these genes and their mutations are influencing the phenotype of the evolved E. coli. First, mutations in the genes ompR and acrB are assumed to reduce the intracellular levels of pyocyanin thereby increasing the resistance of E. coli to pyocyanin. In addition, restoration of the recA1 mutation of E. coli DH10B relieves the inhibition of the SOS response of E. coli which can sustain higher levels of pyocyanin. The precise effect of the mutations in spoT and cyaA is less clear, but they will probably influence transcriptional regulation of a multitude of genes resulting in a pleiotropic effect on cellular function. Mutations in genes, fre and adhE, on the other hand, are believed to indirectly increase pyocyanin production by E. coli. This hypothesis needs, however, further validation in order to clarify which factors are important for pyocyanin production in E. coli. To this end, several follow-up experiments are suggested.Besides optimizing the biological level of the microchip-based biosensor with an evolutionary approach, the electrical component of this system, i.e. detection of pyocyanin with the microchip, was investigated in this study. Therefore, the electrochemical detection of pyocyanin by cyclic voltammetry was studied with a three-electrode system containing a microelectrode array as working electrode. As a result, it was demonstrated that this system is sensitive and specific enough for pyocyanin detection in bacterial cultures, but lacks accuracy as experiments could not be performed in a repeatable and reproducible manner which hinders the further characterization and validation of pyocyanin as electrical reporter molecule in biosensors. Therefore, it is suggested to develop a novel microchip system which is specifically designed for the electrochemical detection of pyocyanin in bacterial cultures. Although a properly working microchip-based biosensor with pyocyanin as key player could not be developed in this study, this doctoral thesis emphasizes the power of combining synthetic biology with microfluidics and microelectronics. As many techniques have been developed in the field of synthetic biology to engineer microorganisms, integrating microbiology with microdevices is a promising approach to develop new miniaturized sensing devices and other technologie


Dissertation
Analysis of new persistence determinants in Pseudomonas aeruginosa identified by high-throughput screening
Authors: ---
ISBN: 9789088261299 Year: 2010 Volume: 889 Publisher: Leuven Katholieke Universiteit Leuven

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

Pseudomonas aeruginosa is een opportunistische pathogeen die ernstige in fecties veroorzaakt in immuungecompromitteerde personen. Vooral bij muco viscidose patiënten evolueren deze infecties naar een chronisch karakter en vormen zij de voornaamste oorzaak van het falen van de longfunctie. Naast de intrinsieke tolerantie tegen een breed spectrum van antibiotica , vormen de stijgende resistentie en de biofilmvorming van deze bacterie een toenemend probleem in gezondheidsinstellingen. De aanwezigheid van gespecialiseerde persistorcellen in biofilmen maakt het bijna onmogelijk om deze bacteriële populaties te verwijderen. In de totale populatie vo rmen deze persistorcellen een kleine fractie die fenotypisch verschilt v an de rest en die langdurige behandelingen met hoge doses antibiotica ov erleeft. Vermits deze persistors terugkeren naar een normale toestand na re-inoculatie in een antibioticumvrij medium en de totale antibioticumg evoeligheid van hun nakomelingen dezelfde blijft als die van de oorspron kelijke populatie, worden ze niet beschouwd als mutanten. In plaats daar van bezitten zij een fenotypische tolerantie tegen het gebruikte antibio ticum. Ondanks het feit dat persistors worden beschouwd als een belangrijke oor zaak van de onvolledige eliminatie van biofilmpopulaties door antibiotic a, blijft hun aard onduidelijk. De meeste studies over persistentie focu ssen op het modelorganisme Escherichia coli en maar een beperkt aantal p ersistentiegenen zijn geïdentificeerd tot nu toe. Wij besloten persisten tie te bestuderen in P. aeruginosa om de kennis omtrent persistentie uit te breiden en om nieuwe kandidaat-doelwitten te identificeren voor de m ogelijke ontwikkeling van anti-persistor medicijnen. Een insertiemutante nbank van P. aeruginosa PA14 werd aangelegd en gebaseerd op een hoge-doo rvoer screeningsmethode werden mutante stammen geselecteerd die een verh oogde of verlaagde persistorfractie bezaten na de behandeling met het fluorchinolon antibioticum ofloxacine. 5000 mutanten werden op deze manier gescreend, wat geleid heeft tot de identificatie van negen nieuwe persi stentiegenen, behorende tot verscheidene functionele klassen. Deze genen kunnen in de toekomst dienen als nieuwe doelwitten in de strijd tegen i nfecties met P. aeruginosa en hun functionele karakterisering kan leiden tot het beter begrijpen van persistentie. In de context van deze thesis werden twee mutanten verder in detail geanalyseerd. Uit onderzoek van één van de initieel geselecteerde mutanten bleek dat mechanismen van fosfomycine-resistentie betrokken zijn bij persisten tie na behandeling met ofloxacine. Zowel overexpressie van FosA als muta tie van GlpT leiden tot een hogere resistentie tegen het antibioticum fo sfomycine en dit resulteert in een daling van het aantal persistorcellen na behandeling met ofloxacine. Inductie van P. aeruginosa kweken met su b-inhibitorische concentraties van fosfomycine zorgt voor een stijging i n de persistentie na behandeling met ofloxacine. Gebaseerd op deze resul taten stellen wij voor dat een ongekend substraat, structureel gelijkend op fosfomycine en substraat van FosA en GlpT, in staat is om persistent ie te induceren. Deze interactie tussen resistentiemechanismen en persis tentie werd nog niet eerder vastgesteld en kan aanzienlijke gevolgen heb ben voor het mogelijke gebruik van een combinatietherapie in de toekomst waarbij een antibioticum wordt gebruikt samen met een specifiek anti-pe rsistor geneesmiddel. Diepgaandere analyse van een mutatie in het proteïne PA14_66140/PA5002 o nthulde de betrokkenheid in persistentie van factoren gerelateerd aan he t celoppervlak van P. aeruginosa. De mutatie resulteerde niet enkel in e en daling van de persistentie na blootstelling aan ofloxacine, de mutant bezit ook een gewijzigde koloniemorfologie en is niet in staat een biof ilm te vormen onder de geteste condities. PA14_66140/PA5002 is gelegen in een lipopolysaccharide (LPS) genencluster met genen die betrokken zijn bij de biosynthese van LPS. Onze experimentele observaties en de in sil ico analyse van deze cluster wijzen echter eerder op een betrokkenheid v an PA5002 in de regulatie of synthese van andere celgeassocieerde factor en dan LPS. Een mogelijke manier voor P. aeruginosa om persistentie te r eguleren, is via contact-afhankelijke groei-inhibitie. Door te ‘voelen’ hoeveel cellen er aanwezig zijn in de omgeving, kan een bacterie mogelij k zijn omschakeling naar een persistent stadium regelen. Dit is in overe enkomst met de observatie dat persistentie afhankelijk is van de celdich theid in een populatie, al wijzen experimentele data er tot nu toe niet op dat dit gereguleerd wordt door quorum sensing. Verder is deze PA5002 locus ook een interessante kandidaat voor de ontwikkeling van nieuwe ant ipseudomonale medicijnen, vermits uitschakeling van het gen de persistor fractie doet dalen en biofilmvorming inhibeert. De resultaten voorgesteld in deze thesis dragen bij tot een betere kenni s betreffende persistentie in P. aeruginosa en kunnen in de toekomst lei den tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen in de bestrijding van chro nische infecties veroorzaakt door deze opportunistische pathogeen.

Listing 1 - 3 of 3
Sort by