On the origin and function of phenotypic variation in bacteria

Ontstaan gelijktijdige resistentie tegen verschillende medicijnen gedurende combinatietherapie

Stefany Moreno Gamez vond onder meer dat variatie in de ruimtelijke verdeling van medicijnen over delen van het menselijk lichaam kan bijdragen aan de versnelde evolutie van gelijktijdige resistentie tegen meerdere medicijnen gedurende combinatietherapie. Ook toonde ze aan hoe bacteriën in staat zijn collectief te reageren op verandering in de omgeving met het aanpassen van hun fenotype.

Moreno Gamez: ‘Variabiliteit in fenotype is één van de meest in het oog springende kenmerken van levende organismen. Fenotypische variatie heeft vaak een genetische basis; individuen verschillen dan van elkaar omdat ze dragers zijn van verschillende genen. Maar ook genetisch identieke individuen kunnen verschillende fenotypes tot expressie brengen, afhankelijk van de omgeving waarin ze zich bevinden, of zelfs op basis van toevalsfactoren. In dit proefschrift heb ik deze verschillenden bronnen van fenotypische variabiliteit onderzocht in een aantal verschillende soorten bacteriën. Ik ontdekte dat er een sterke mate van fenotypische variatie bestaat binnen populaties genetisch identieke bacteriën gedurende cycli van voedseloverschot en -schaarste. Deze variatie komt voort uit de dynamiek van voedselopname en stofwisseling in tijden van verhongering, en stelt populaties van bacteriën in staat een fundamentele beperking te ontduiken, het algemene negatieve verband tussen groeisnelheid en overleving onder stressvolle omstandigheden, zoals de aanwezigheid van antibiotica. Ik bestudeerde daarnaast hoe bacteriën gebruik maken van quorum sensing als ze hun fenotype aanpassen in respons op externe signalen. Voor bacteriële competentie als model systeem, toonde ik aan hoe de signal-transductie ketens voor quorum-sensing signalen informatie integreren over zowel abiotische omgevingsfactoren als de lokale celdichtheid, en hoe bacteriën hierdoor in staat zijn collectief te reageren op verandering in de omgeving. Tot slot onderzocht ik ook genetische diversificatie in de context van de evolutie van bacteriële antibiotica resistentie. Hier vond ik dat variatie in de ruimtelijke verdeling van medicijnen over delen van het menselijk lichaam kan bijdragen aan de versnelde evolutie van gelijktijdige resistentie tegen meerdere medicijnen gedurende combinatietherapie. Samengenomen laat dit werk zien dat een integratieve systeembenadering, met oog voor de interactie tussen verschillende biologische organisatieniveaus, essentieel is voor een beter begrip van de oorsprong en functionele relevantie van fenotypische variatie, alsmede de effecten daarvan op evolutionaire processen.’

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/e73f5def-85e4-435b-a35b-8f5c9b71c32e