Bakteriofagi za obvladovanje biofilmov in detekcijo bakterij v stanju VBNC pri okužbah invazivnih medicinskih pripomočkov
Šifra projekta:
Z3-4506
Obdobje trajanja:
01. oktober 2022 - 30. september 2024
Obseg:
1 FTE
Vodja projekta:
Veda:
3.03 Medicina/Nevrobiologija
Sodelujoče RO:
Ortopedska bolnišnica Valdoltra
Opis:
Po svetu je v uporabi več kot 500.000 vrst invazivnih medicinskih pripomočkov (IMP), ki pomembno prispevajo h kakovosti zdravljenja in splošni kakovosti življenja bolnikov. Okužbe, povezane z IMP so resen zaplet in predstavljajo 25,6% vseh okužb povezanih z zdravstveno oskrbo, med tem ko okužbe kirurških ran predstavljajo še dodatnih 21,8%. Okužbe IMP so pogosto povezane z biofilmi, ki jih bakterije tvorijo na biomaterialu in so vzrok za persistentne okužbe, ki jih je težko zdraviti in diagnosticirati. Bakterije v biofilmih je težje izkoreniniti zaradi nepopolnega ali počasnega prodiranja protimikrobnih učinkovin skozi plasti biofilma, zmanjšanega delovanja antibiotikov zaradi mikrookolja v biofilmu in prisotnosti odpornih fenotipov bakterij - perzistentnih in viabilnih vendar nekultivabilnih (VBNC) bakterij. Neustrezna uporaba antibiotikov zaradi napačne diagnoze ali predpisovanja neustreznih doz pa še dodatno prispeva k pojavljanju perzistentnih bakterij, VBNC bakterij in multi-rezistentnih sevov, saj bakterije prehajajo v ta stanja z namenom preživetja v stresnem okolju. VBNC bakterije niso sposobne rasti na konvencionalnih gojiščih in tako prispevajo k lažno negativnim rezultatom klasične mikrobiološka kultivacije vzorcev, ki še vedno predstavlja zlati standard za postavitev mikrobiološke diagnoze. VBNC bakterije ostajajo viabilne in virulentne, ter lahko v ugodnih razmerah preidejo nazaj v aktivno (kultivabilno) fiziološko stanje in povzročijo ponavljajoče se okužbe. Oteženo zdravljenje okužb IMP povezanih z biofilmi in VBNC bakterijami ter nezanesljivi rezultati mikrobioloških kultur predstavljajo pomemben klinični problem. Bakteriofagi ali krajše fagi, so bakterijski virusi, ki specifično prepoznavajo in okužujejo bakterije, da se v njih pomnožijo. Iz medicinskega stališča so zanimivi litični fagi, ker so virulentni in hitro lizirajo bakterije, ki jih okužijo. Znanje o bakteriofagih vse bolj povečuje prepričanje, da bodo ti virusi zelo močno orožje proti bakterijam, zlasti v času, ko je rezistentnih bakterij na antibiotike vse več. Zato je vse več raziskav usmerjenih v možnosti uporabe bakteriofagov ne le pri zdravljenju, pač pa tudi v diagnostiki bakterijskih okužb. V predlaganem raziskovalnem projektu želimo dokazati, da so bakteriofagi učinkovito in uporabno sredstvo za obvladovanje biofilmov in VBNC bakterij pri okužbah povezanih z IMP in razviti alternativo klasičnemu mikrobiološkemu diagnostičnemu postopku, ki bo omogočila specifično odkrivanje vseh viabilnih bakterij v vzorcih z uporabo bakteriofagov in qPCR. Da bi to dokazali, bomo uporabili 8 izbranih bakteriofagov proti nekaterim najbolj pomembnim bakterijam, ki povzročajo IMP: S. aureus, S. epidermidis, P. aeruginosa, E. faecalis, E. faecium, E. coli in C. acnes, pri čemer bomo uporabili bakterije izolirane iz vzorcev bolnikov, ki so bili revidirani v Ortopedski bolnišnici Valdoltra zaradi okužbe sklepne proteze. Bakterije bomo gojili na trdni površini (membrani) v obliki statičnega biofilma in vzpodbudili prehod VBNC stanje. Preverili bomo vpliv VBNC fiziološkega stanja bakterij na rastne parametre fagov določili, ali in pod kakšnimi pogoji je možno povrniti aktivno (kultivabilno) fiziološko stanje pri VBNC bakterijah okuženih s fagi in ali lahko fagi za tem nadaljujejo svoj razmnoževalni cikel. Ugotavljali bomo ali lahko bakteriofagi izboljšajo učinek antibiotikov za zmanjšanje biofilma. V okviru projekta bomo z razvito in optimizirano metodo detekcije analizirali tudi 100 kliničnih vzorcev sonikatov, kjer je bila mikrobiološka kultura lažno negativna. Podatki, zbrani v tem zelo ambicioznem projektu, bodo prispevali k načrtovanju nadaljnjih kliničnih preskušanj, potrebnih za razvoj fagne terapije za obvladovanje okužb povezanih z biofilmom na IMP, ter širše - za zdravljenje težko obvladljivih okužb. Prav tako pa bodo pomembna odskočna deska tudi za razvoj novih hitrih in učinkovitih diagnostičnih orodij.
Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta:
ŠUSTER, Katja, CÖR, Andrej. Bakteriofagi za reševanje problematike živih, vendar nekultivabilnih oblik bakterij pri okužbah sklepnih protez. V: CÖR, Andrej (ur.), et al. 10. raziskovalni dan Ortopedske bolnišnice Valdoltra : zbornik. Ankaran: Ortopedska bolnišnica Valdoltra, 2023. Str. 14-15, ilustr. ISBN 978-961-94454-2-6. [COBISS.SI-ID 158173187]
ŠUSTER, Katja. Bacteriophage-based diagnostic tools for the detection of microbes in human medicine : lecture at First Slovenian Bacteriophage Meeting 23rd of January 2023, University of Ljubljana, Biotechnical Faculty. https://www.bf.uni-lj.si/en/events/2022121410150440/first-slovenian-bacteriophage-meeting-23rd-of-january-2023. [COBISS.SI-ID 141559555]
ŠUSTER, Katja, CÖR, Andrej. Induction of viable but non-culturable state in clinically relevant staphylococci and their detection with bacteriophage K. Antibiotics. 2023, vol. 12, iss. 2, str. 1-13, ilustr. ISSN 2079-6382. https://www.mdpi.com/2079-6382/12/2/311, DOI: 10.3390/antibiotics12020311. [COBISS.SI-ID 141465091]
Financira:
Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.