Genètica Molecular Bacteriana

Línies de Recerca

Les línies de recerca del grup s'emmarquen dins l'àmbit de la patogènesi bacteriana i la resistència als antimicrobians (PatoBAnt). La resistència als antibiòtics és un dels problemes més difícils de la medicina i la biologia i, en particular, les infeccions associades a l'assistència sanitària causades per bacteris multiresistents (MDR) s'estan convertint en una de les principals causes de preocupació per a la salut pública. El nostre grup treballa a l'IBB des de l'any 2000 i la nostra activitat principal és el desenvolupament de noves estratègies per intentar resoldre aquesta problemàtica de marcat caràcter sociosanitari. Així, la nostra recerca s'ha centrat en l'estudi de determinants de virulència i resistència en diferents patògens humans com Stenotrophomonas maltophilia , Pseudomonas aeruginosa , Burkholderia sp. , Acinetobacter baumannii , Staphylococcus aureus i Mycobacterium tuberculosis entre d'altres. Intentem desvetllar les bases genòmiques i moleculars, des del punt de vista genètic i funcional, dels processos implicats en la patogènesi, la virulència i la resistència als fàrmacs. En els darrers anys hem centrat gran part dels nostres esforços en S. maltophilia , com a model d'un microorganisme MDR nosocomial emergent. Així, pretenem aprofundir en el coneixement funcional dels seus processos de patogènesi i explotar aquest coneixement per identificar noves dianes per al desenvolupament de nous fàrmacs o estratègies alternatives als tractaments actuals. En particular, ens centrem en l'estudi de processos fisiològics no essencials com el sistema de detecció de quòrum i els elements reguladors de l'expressió gènica com a determinants intrínsecs de la virulència i la resistència. El disseny de fàrmacs contra processos no essencials evita la selecció de soques resistents i, per tant, s'espera que es tradueixi en una disminució del desenvolupament de la resistència. En col·laboració amb grups de l'IBB i altres grups externs, apliquem un enfocament multidisciplinari, que va des de la microbiologia clàssica i la genètica molecular bacteriana fins a la genòmica, la proteòmica i la bioinformàtica que hauria d'acabar amb una selecció de dianes i fàrmacs validats per suprimir la virulència bacteriana i/o fenotips de resistència.

Linies de recerca

Aquest projecte fa referència a la recerca i caracterització de dianes implicades en la modulació de la virulència i la resistència en patògens gramnegatius MDR. Per abordar aquest pla de treball general combinem mètodes de genètica microbiana, genòmica comparada, anàlisi transcriptòmica, biologia estructural i bioinformàtica dins d'una estratègia pangenòmica. Els objectius principals que s'aborden són: i) selecció de "soques tipus" a partir de dades fenotípiques i genotípiques i posterior seqüenciació i anotació dels seus genomes quan no estiguin disponibles; ii) genòmica comparada i determinació de proteomes compartits i proteomes exclusius de les soques més extremes quant a virulència i/o resistència als medicaments (en col·laboració amb el grup de Biologia Computacional liderat per Xavier Daura); iii) epidemiologia molecular i correlacions genotip-fenotip; iv) estudi dels mecanismes fisiològics intrínsecs implicats en la virulència/resistència mitjançant la generació de mutants específics i avaluació dels seus fenotips i virulència en diferents models animals alternatius (Caenorhabditis elegans i Galleria mellonella , i peix zebra en col·laboració amb el grup d'Immunologia Evolutiva liderat per Nerea Roher) ; i v) selecció final i validació dels objectius candidats sobre la base dels resultats anteriors.

En entorns nosocomials, tot i que amb una incidència moderada, S. maltophilia pot provocar infeccions greus, principalment en pacients immunodeprimits. Un cop en un hoste humà, S. maltophila és difícil d'eradicar per la seva capacitat de formar biofilm i el seu arsenal natural de resistència als antibiòtics. Es creu que els processos de senyalització cèl·lula a cèl·lula a S. maltophilia , controlats pels sistemes de detecció de quòrum (QS), són fonamentals en la regulació de diversos d'aquests factors de virulència i resistència. El nostre grup té com a objectiu aprofundir en la comprensió de les xarxes QS de S. maltophilia a nivell funcional i molecular i explotar aquest coneixement per a la identificació d'objectius per al desenvolupament d'una estratègia antimicrobiana basada en l'extinció del quòrum sensing. Els compostos antimicrobians contra aquests objectius es podrien utilitzar potencialment per reduir la capacitat patògena dels bacteris i/o potenciar l'activitat dels antibiòtics actuals.

Un dels antibiòtics en què el grup s'ha centrat en els darrers anys ha estat la colistina. La colistina (polimixina E) és un antibiòtic utilitzat com a últim recurs per als patògens gramnegatius MDR. La colistina és un pèptid policatiònic que interacciona amb el lipopolisacàrid bacterian (LPS) de la membrana externa i a través de la seva porció hidrofòbica trenca les membranes cel·lulars bacterianes provocant la lisi cel·lular. L'aparició d'aïllats resistents a la colistina, com per a altres antibiòtics, es considera un problema greu que requereix una atenció especial ja que és un fàrmac d'ús restringit. El nostre grup ha alertat recentment sobre l'existència de resistència adaptativa i heteroresistència a la colistina a S. maltophilia . Actualment estem identificant els determinants genètics de la resistència a la colistina i aplicant anàlisis de seqüenciació genòmica i transcriptoma per revelar els mecanismes que regeixen aquests fenòmens de resistència heterogènia. A més, i en col·laboració amb els laboratoris d'Uwe Mamat i Nicolas Gisch del Centre de Recerca Borstel (RCB, Alemanya), estem estudiant les modificacions del LPS com a mecanisme de resistència a la colistina en S. maltophilia .

En col·laboració amb el grup de Biologia Computacional de l'IBB liderat per Xavier Daura, treballem en el disseny d'impactes antibacterians identificats mitjançant cribratge virtual de compostos químics contra dianes clau dels processos de patogènesi i virulència. El procés de descoberta de fàrmacs i validació experimental de compostos d'èxit inclou: i) proposta de diana basada en evidències experimentals; ii) anàlisi de l'activitat antimicrobiana intrínseca de compostos seleccionats en contra de la diana i un panell estès d'organismes gramnegatius MDR; iii) l'activitat potenciadora dels compostos afectats en combinació amb antibiòtics coneguts; iv) determinació de l'efecte inhibidor dels compostos sobre la formació de biofilms; v) assajos d'eficàcia basats en l'anàlisi de l'activitat antimicrobiana o antivirulència in vivo en diferents models animals; i vi) avaluació in vitro de la inducció de resistència als medicaments. A més, estem avaluant, en col·laboració amb Timothy O'Sullivan a la University College Cork (Irlanda), molècules que interfereixen amb el sistema de comunicació QS natiu del bacteri i impedeixen que produeixin biofilm.

Informació d'interès

QUORUM-SENSING-DEPENDENT RESPONSE REGULATORS IN STENOTROPHOMONAS MALTOPHILIA AS SOURCE OF NOVEL ANTIMICROBIAL AND ANTIBIOFILM STRATEGIES (STENORR). Convocatòria PID 2023; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN). Execució: 1/09/24 → 31/08/27

QUORUM SENSING REGULATORY NETWORKS IN STENOTROPHOMONAS MALTOPHILIA AS TARGETS FOR THERAPEUTIC ALTERNATIVES TO CURRENT ANTIBIOTICS. Convocatòria PID2019; Ministeri de Ciència i Innovació (MICINN). Execució: 1/06/20 → 30/05/23

The Mla system and its role in maintaining outer membrane barrier function in Stenotrophomonas maltophilia. Front Cell Infect Microbiol. 2024 Feb 26;14:1346565. doi: 10.3389/fcimb.2024.1346565.

Synthesis and evaluation of aromatic BDSF bioisosteres on biofilm formation and colistin sensitivity in pathogenic bacteria. Eur J Med Chem. 2023 Dec 5;261:115819. doi: 10.1016/j.ejmech.2023.115819.

A Stenotrophomonas maltophilia TetR-Like Transcriptional Regulator Involved in Fatty Acid Metabolism Is Controlled by Quorum Sensing Signals. Appl Environ Microbiol. 2023 Jun 28;89(6):e0063523. doi: 10.1128/aem.00635-23.

Improved mini-Tn7 Delivery Plasmids for Fluorescent Labeling of Stenotrophomonas maltophilia. Appl Environ Microbiol. 2023 Jun 28;89(6):e0031723. doi: 10.1128/aem.00317-23.

Synthesis and evaluation of novel furanones as biofilm inhibitors in opportunistic human pathogens. Eur J Med Chem. 2022; 242:114678. doi: 10.1016/j.ejmech.2022.114678.

Strain-specific interspecies interactions between co-isolated pairs of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa from patients with tracheobronchitis or bronchial colonization. Sci Rep. 2022; 12(1):3374. doi: 10.1038/s41598-022-07018-5.

The Pseudomonas aeruginosa substrate-binding protein Ttg2D functions as a general glycerophospholipid transporter across the periplasm. Commun Biol. 2021; 4(1):448. doi: 10.1038/s42003-021-01968-8.

Antigen Discovery in Bacterial Panproteomes. Methods Mol Biol. 2021; 2183:43-62. doi: 10.1007/978-1-0716-0795-4_5.

Effects of cigarette smoke on the administration of isoniazid and rifampicin to macrophages infected with Mycobacterium tuberculosis. Exp Lung Res. 2021; 47(2):87-97. doi: 10.1080/01902148.2020.1854371.

Phenotypic and Transcriptomic Analyses of Seven Clinical Stenotrophomonas maltophilia Isolates Identify a Small Set of Shared and Commonly Regulated Genes Involved in the Biofilm Lifestyle. Appl Environ Microbiol. 2020; 86(24):e02038-20. doi: 10.1128/AEM.02038-20.

Genetic Variants of the DSF Quorum Sensing System in Stenotrophomonas maltophilia Influence Virulence and Resistance Phenotypes Among Genotypically Diverse Clinical Isolates. Front Microbiol. 2020; 11:1160. doi: 10.3389/fmicb.2020.01160.

The phylogenetic landscape and nosocomial spread of the multidrug-resistant opportunist Stenotrophomonas maltophilia. Nat Commun. 2020; 11(1):2044. doi: 10.1038/s41467-020-15123-0.

E-cigarettes: Effects in phagocytosis and cytokines response against Mycobacterium tuberculosis. PLoS One. 2020; 15(2):e0228919. doi: 10.1371/journal.pone.0228919.

Sulfonamide-based diffusible signal factor analogs interfere with quorum sensing in Stenotrophomonas maltophilia and Burkholderia cepacia. Future Med Chem. 2019 Jul;11(13):1565-1582. doi: 10.4155/fmc-2019-0015.

Heterogeneous Colistin-Resistance Phenotypes Coexisting in Stenotrophomonas maltophilia Isolates Influence Colistin Susceptibility Testing. Front Microbiol. 2018; 9:2871. doi: 10.3389/fmicb.2018.02871.

Quorum Sensing Signaling and Quenching in the Multidrug-Resistant Pathogen Stenotrophomonas maltophilia. Front Cell Infect Microbiol. 2018; 8:122. doi: 10.3389/fcimb.2018.00122.

Proteomic analysis of outer membrane proteins and vesicles of a clinical isolate and a collection strain of Stenotrophomonas maltophilia. J Proteomics. 2016; 142:122-9. doi: 10.1016/j.jprot.2016.05.001.

Triclosan-induced genes Rv1686c-Rv1687c and Rv3161c are not involved in triclosan resistance in Mycobacterium tuberculosis. Sci Rep. 2016; 6:26221. doi: 10.1038/srep26221.

Decoding the genetic and functional diversity of the DSF quorum-sensing system in Stenotrophomonas maltophilia. Front Microbiol. 2015; 6:761. doi: 10.3389/fmicb.2015.00761. eCollection 2015.

Draft Genome Sequence of Stenotrophomonas maltophilia Strain UV74 Reveals Extensive Variability within Its Genomic Group. Genome Announc. 2015; 3(3):e00611-15. doi: 10.1128/genomeA.00611-15.

Stenotrophomonas maltophilia responds to exogenous AHL signals through the LuxR solo SmoR (Smlt1839). Front Cell Infect Microbiol. 2015; 5:41. doi: 10.3389/fcimb.2015.00041.

Animals devoid of pulmonary system as infection models in the study of lung bacterial pathogens. Front Microbiol. 2015; 6:38. doi: 10.3389/fmicb.2015.00038.

Draft Genome Sequence of Stenotrophomonas maltophilia Strain M30, Isolated from a Chronic Pressure Ulcer in an Elderly Patient. Genome Announc. 2014; 2(3):e00576-14. doi: 10.1128/genomeA.00576-14.

Two different rpf clusters distributed among a population of Stenotrophomonas maltophilia clinical strains display differential diffusible signal factor production and virulence regulation. J Bacteriol. 2014; 196(13):2431-42. doi: 10.1128/JB.01540-14.

antibacTR: dynamic antibacterial-drug-target ranking integrating comparative genomics, structural analysis and experimental annotation. BMC Genomics. 2014; 15(1):36. doi: 10.1186/1471-2164-15-36.

Abundance of the Quorum-Sensing Factor Ax21 in Four Strains of Stenotrophomonas maltophilia Correlates with Mortality Rate in a New Zebrafish Model of Infection. PLoS One. 2013; 8(6):e67207. doi: 10.1371/journal.pone.0067207.

ORCID Isidre Gibert Aquest enllaç s'obre en una finestra nova

Finançament

Altres enllaços d'interès

Genètica Molecular Bacteriana

Bases moleculars i genòmiques de la patogènesi bacteriana i resistència als agents antimicrobians

Sistemes de resposta de senyal de detecció de quòrum a Stenotrophomonas maltophilia

Estudi dels mecanismes de resistència a la colistina en bacteris Gram-negatius

Validació de nous compostos d'èxit com a possibles fàrmacs antibacterians contra patògens gramnegatius

Informació d'interès

Projectes en curs

Publicacions destacades

Finançament

Altres enllaços d'interès

Informació complementària