Predicting future pathogenicity and antibiotic resistance
- Reference number
- FFL21-0174
- Project leader
- Bengtsson-Palme, Johan
- Start and end dates
- 220801-271231
- Amount granted
- 15 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Life Sciences
Summary
Outside of the most common pathogens, our knowledge of which genes that contribute to pathogenicity and antibiotic resistance is very limited. To prevent future outbreaks of bacterial infectious diseases, potentially carrying novel forms of antibiotic resistance, we need to understand what types of pathogenicity mechanisms that still are not widespread among human pathogens. This project will provide the fundament for comprehensive preemptive surveillance to prevent disease outbreaks before they have large consequences for human health, by tackling these research questions: 1) what genes in opportunistic pathogens contribute to pathogenicity; 2) how do pathogens influence interactions in established communities; and 3) how do bacteria develop resistance to new antibiotics? These questions will be addressed through a combination of microbial model communities, large-scale transposon mutagenesis (INSeq), high-throughput culturing, as well as DNA and RNA sequencing. This will allow us to 1) identify novel mechanisms for competition and virulence in opportunistic pathogens, 2) follow how pathogens interact with established communities, 3) identify genes and species important for community stability and resilience, and 4) identify genes conferring resistance to novel antibiotics. The project will enable data driven surveillance to prevent the emergence of highly virulent multi-resistant bacteria and to contain emerging infectious diseases before they cause major outbreaks.
Popular science description
Bakterier har en central roll för vår hälsa. Människans mikrobiom (de bakterier som naturligt lever i och på kroppen) bidrar med viktiga funktioner som hjälp med matsmältningen och skydd mot oönskade bakterier. Vissa bakterier vänder sig dock emot oss och orsakar smittsamma sjukdomar. Vi vet idag ganska mycket om hur de vanligaste sjukdomsbakterierna orsakar sjukdom, men vår kunskap om hur gener som ger dessa egenskaper uppkommer och var de ursprungligen kommer ifrån är mycket begränsad. Detta gör att även om vi kan utföra övervakning för att hitta potentiella sjukdomsutbrott i t.ex. sjukhusmiljöer, djurhållning och reningsverk, så kan vi bara hitta de sjukdomsbakterier som vi redan känner till. Det gör det omöjligt att förutspå vilka framtidens sjukdomsbakterier kan vara och varifrån de kan komma. Som vi lärt oss från covid-19-pandemin är sådan kunskap helt avgörande för att stävja utbrott av smittsamma sjukdomar tidigt, oavsett om de orsakas av virus eller bakterier. Det här projektet kommer att undersöka vilka gener som gör att bakterier orsakar sjukdomar och hur bakterier blir resistenta mot vårt bästa vapen för att bota bakteriesjukdomar: antibiotika. Vi kommer att undersöka vilka gener som gör att bakterier blir bättre eller sämre på att ta sig in i och överleva i människans mikrobiom. För att hitta dessa gener kommer vi att använda modeller av människans mag- och- tarmsystem och i stor skala testa hur sjukdomsbakterier som saknar viktiga gener klarar att övervinna människans mikrobiom. På samma vis kommer vi att undersöka vilka gener som upprätthåller stabiliteten i mag- och tarm-mikrobiomet, och på så vis håller sjukdomsbakterier borta. Detta kommer vi göra genom att ersätta viktiga bakterier i våra modeller med motsvarande bakterier som saknar specifika gener. Till sist kommer vi också att leta efter gener som ger resistens mot antibiotika som idag är under utveckling, genom att storskaligt odla bakterier från olika miljöer i närvaro av dessa antibiotika. Vi kan på detta sätt hitta bakterier som är motståndskraftiga mot dessa nya läkemedel. Genom projektet kommer vi upptäcka nya gener och mekanismer som gör att bakterier orsakar sjukdom och blir resistenta mot antibiotika. Sådan kunskap är central för att vi ska kunna upptäcka framtida hot mot vår hälsa och sjukvård i tid, innan de orsakar stora sjukdomsutbrott. På det sättet kan kunskapen vi bidrar med spara både människoliv och flera miljarder kronor i ökade sjukvårdskostnader över tid.