Characterization of Pseudomonas aeruginosa phages for phage therapy

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201906122669
Title: Characterization of Pseudomonas aeruginosa phages for phage therapy
Author: Hietikko, Alli
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201906122669
http://hdl.handle.net/10138/303028
Thesis level: master's thesis
Degree program: Mikrobiologian ja mikrobibiotekniikan maisteriohjelma
Master's Programme in Microbiology and Microbial Biotechnology
Magisterprogrammet i mikrobiologi och mikrobibioteknik
Specialisation: ei opintosuuntaa
no specialization
ingen studieinriktning
Abstract: Antibioottiresistentit bakteerikannat ovat kasvava uhka kansanterveydelle. Tämä johtuu antibioottien ylenpalttisesta käytöstä nyky-yhteiskunnassa ja uusien antimikrobisien yhdisteiden kehityksen huomattavasta hidastumisesta. Uusien bakteeri-infektioita parantavien ja ehkäisevien keinojen kehittäminen joko antibioottien tilalle tai rinnalle on välttämätöntä maailmanlaajuisen kriisin pysäyttämiseksi. Yksi lupaavimmista hoidoista on faagiterapia, jossa bakteeriofageja hyödynnetään patogeenisten bakteereiden hävityksessä. Pseudomonas aeruginosa on yleinen opportunistinen patogeeni, joka on luontaisesti hyvin vastustuskykyinen antibiooteille. Tästä syystä sitä on tutkittu paljon faagiterapian kohteena. Tässä tutkielmassa karakterisoin neljä P. aeruginosa faagia - fHo-Pae01, PA1P1, PA8P1 sekä PA11P1 – ja arvioin niiden käyttökelpoisuutta terapeuttisissa sovelluksissa. Faagien genomit osoittautuivat hyvin samankaltaisiksi bioinformaattisessa analyysissä. Fylogeneettisesti samaa lajia edustavat neljä faagia luokiteltiin Myoviridae-perheen Pbunavirus-sukuun. Haitallisia toksiineja, antibioottiresistenttiyttä tai lysogeniaa koodaavia geenejä ei havaittu. Toisaalta vain osalla faagien oletetuista geeneistä oli tunnistettava tehtävä. Faagien isäntäkirjoja tutkittiin 47 kliinisellä P. aeruginosa kannalla ja oletettuja isännän reseptoriin sitoutuvia häntäproteiineja vertailtiin keskenään. Tulokset osittain korreloivat toisiaan, mutta erot häntäproteiineissa eivät riittäneet selittämään eroja isäntäkirjoissa. Vastikään eristettyä faagia, fHo-Pae01, karakterisoitiin myös kasvukäyrän sekä AFM mikroskopoinnin (atomic force microscopy) avulla. Kyseistä mikroskooppia ei ollut aiemmin käytetty Skurnikin ryhmässä eikä sen resoluutio riittänyt pienille faagikapsideille. Sen sijaan kasvukäyrästä kyettiin määrittämään infektion latentin vaiheen pituudeksi 70 minuuttia. Puhdistuksessa havaittiin, että anioninvaihto- kromatografia ei ole riittävän tehokas keino puhdistaa fHo-Pae01 faagia. Vaihtoehtoisia keinoja kuten endotoksiinipylvästä on käytettävä, mikäli faagia halutaan puhdistaa terapiatuotteeksi. Kaikki neljä faagia vaikuttivat olevan turvallisia käytettäväksi faagiterapiassa. PA1P1 ja PA11P1 olivat lupaavimmat kandidaatit niiden laajemman isäntäkirjon johdosta.Antibiotic-resistant bacteria are an increasing threat to global health, caused by the excessive use of antibiotics and the lack of new antimicrobial agents being introduced to the market. New approaches to prevent and cure bacterial infections are needed to halt the growing crisis. One of the most promising alternatives is phage therapy which utilizes bacteriophages to target and kill pathogens with specificity. Pseudomonas aeruginosa is a common opportunistic pathogen that is intrinsically resistant to antibiotics, making it one of the most heavily studied targets of phage therapy. In this study, I characterized four P. aeruginosa phages, fHo-Pae01, PA1P1, PA8P1 and PA11P1, and evaluate their potency in therapeutic applications. Bioinformatic analysis of the genomes revealed the phages to be genetically highly similar and belonging to the Pbunavirus genus of the Myoviridae family. No genes encoding harmful toxins, antibiotic-resistance, or lysogeny were predicted. On the other hand, many of the predicted genes had unknown functions. The host ranges of the phages were assessed using 47 clinical P. aeruginosa strains and predicted host receptor binding tail proteins were compared. Some correlation between the host ranges and mutations in the tail proteins were observed but this alone was not sufficient to explain the differences in the host ranges. The recently isolated vB_PaeM_fHoPae01 (fHo-Pae01) phage was further characterized by a one-step growth curve and imaged with a promising atomic force microscopy method that had not been used before in the Skurnik group. Though the imaging results failed to provide any further knowledge of the phage, the 70-minute-long latent period of infection could be determined from the growth curve. Anion- exchange chromatography was found inefficient in purifying the fHo-Pae01 phage, so alternative methods such as endotoxin columns should be used when purifying these phages for patient use. In conclusion, all four phages appeared to be safe for therapeutic use based on current knowledge, and PA1P1 and PA11P1 were the most promising candidates due to their broad host ranges.
Subject: Pseudomonas aeruginosa
bacteriophage
phage therapy
Pbunavirus
vB_PaeM_fHoPae01
antibiotic resistance
Pseudomonas aeruginosa
bakteriofagi
faagiterapia
Pbunavirus
vB_PaeM_fHoPae01
antibioottiresistenssi


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Hietikko_Alli_Pro_gradu_2019.pdf 1.636Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record