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Main Title: Antibiotic resistance and dissemination in MRSA: novel antimicrobial coatings to combat a clinical MRSA strain
Translated Title: Antibiotikaresistenz und Verbreitung in MRSA: Neue antimikrobielle Beschichtungen zur Bekämpfung eines klinischen MRSA-Stammes
Author(s): Vaishampayan, Ankita
Advisor(s): Szewzyk, Ulrich
Referee(s): Szewzyk, Ulrich
Grohmann, Elisabeth
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Bacterial resistance to antibiotics and spread of antibiotic resistance, especially among pathogens is one of the biggest problems today. It is not only a serious concern in the clinical and environmental settings but also in space, on manned space crafts. Bacteria use horizontal gene transfer, a highly effective mechanism for dissemination of antibiotic resistance. Some bacteria like methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) are multi-drug resistant. MRSA is also capable of forming biofilms. It is a major human pathogen causing infections of skin and soft tissue that can culminate in fatal sepsis. It is a leading cause of nosocomial infections and has been declared as a high priority pathogen by the World Health Organization. Innovative approaches and antimicrobials are needed to combat infections caused by this multi-drug resistant, biofilm forming pathogen. We tested novel antimicrobial surface coatings (AGXX® and its combination with functionalized graphene oxide GOX referred to as GOX-AGXX®) against a clinical MRSA strain S. aureus 04-02981. The antimicrobials successfully inhibited the growth of our strain. In order to examine the effect of these antimicrobials on the transcriptome of the strain, we exposed cultures of S. aureus 04-02981 to the antimicrobials for different time-periods and subjected the cultures to RNA sequencing. All the antimicrobials had a huge impact on the transcriptome of S. aureus 04-02981; more than 2500 genes were differentially expressed. The antimicrobials primarily down-regulated the expression of genes associated with biofilm formation and virulence in S. aureus; genes critical for survival in biofilms were also down-regulated. On the contrary, the expression of genes involved in heat shock, metal stress, and oxidative stress response was induced. Our data suggest that these antimicrobials impose significant stress on S. aureus 04- 02981 as evident from the strong stress response elicited by the strain. These antimicrobials aid in alleviating biofilm formation and virulence in S. aureus 04-02981. Based on our data, AGXX® and GOX-AGXX® are efficient antimicrobials and can be considered suitable for various applications including antimicrobial surface coating applications.
Eines der größten Probleme der Gegenwart sind antibiotikaresistente Bakterien und ihre Ausbreitung, insbesondere die von Krankheitserregern. Sie stellen ein ernstes Problem für die Umwelt dar und sind nicht nur im klinischen Umfeld problematisch, sondern auch auf bemannten Raumfahrzeugen im Weltraum. Bakterien nutzen horizontalen Gentransfer, einen hochwirksamen Mechanismus zur Verbreitung von Antibiotikaresistenzen. Der Methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA) ist multiresistent und in der Lage, Biofilme zu bilden. Als bedeutender humanpathogener Erreger ruft er Haut- und Gewebsinfektionen hervor, die sich zu einer lebensbedrohlichen Sepsis entwickeln können. Zusätzlich wurde er von der Weltgesundheitsorganisation in die Gruppe von „Erregern mit hoher Priorität“ aufgenommen, da er ein Auslöser nosokomialer Infektionen ist. Innovative Ansätze und antimikrobielle Mittel sind erforderlich, um Infektionen zu bekämpfen, die durch diesen multiresistenten und biofilmbildenden Erreger verursacht werden. Wir haben neuartige antimikrobielle Oberflächenbeschichtungen (AGXX® und ihre Kombination mit funktionalisiertem Graphenoxid GOX, GOX-AGXX®) gegen einen klinischen MRSA Stamm, S. aureus 04-02981, getestet und festgestellt, dass sie das Wachstum unseres Stammes erfolgreich hemmen. Um die Wirkung dieser antimikrobiellen Mittel auf das Transkriptom des Stammes zu untersuchen, haben wir S. aureus 04-02981-Kulturen den antimikrobiellen Mitteln ausgesetzt und sie nach unterschiedlichen Expositionszeiträumen mittels RNA-Sequenzierung untersucht. Alle antimikrobiellen Substanzen hatten einen großen Einfluss auf das Transkriptom von S. aureus 04-02981; mehr als 2500 Gene wurden unterschiedlich exprimiert. Die antimikrobiellen Substanzen haben in erster Linie die Expression von Genen herunterreguliert, die mit der Biofilmbildung und der Virulenz von S. aureus assoziiert sind, sowie von Genen, die für das Überleben in Biofilmen essentiell sind. Im Gegensatz dazu wurde die Expression von Genen induziert, die an Hitzeschock-, Metall- und oxidativen Stressreaktionen beteiligt sind. Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese antimikrobiellen Substanzen signifikant Stress auf S. aureus 04-02981 ausüben, wie die starke Stressreaktion des Stamms zeigt. Diese antimikrobiellen Mittel tragen zu einer verminderten Biofilmbildung und Virulenz in S. aureus 04-02981 bei. Unsere Daten zeigen, dass AGXX® und GOX-AGXX® antimikrobiell wirken und geeignet für verschiedene Anwendungen einschließlich antimikrobieller Oberflächenbeschichtungen sind.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/11656
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-10541
Exam Date: 8-Sep-2020
Issue Date: 2020
Date Available: 19-Oct-2020
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): antibitoic resistance
MRSA
biofilm
antimicrobials
Antibiotikaresistenz
Biofilm
Antimikrobiotika
License: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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