University of Jyväskylä | JYX Digital Repository

  • English  | Give feedback |
    • suomi
    • English
 
  • Login
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.
View Item 
  • JYX
  • Opinnäytteet
  • Väitöskirjat
  • View Item
JYX > Opinnäytteet > Väitöskirjat > View Item

Extended-spectrum β-lactamase-producing Enterobacteriaceae: risks during antibiotic treatment and potential solutions to cure carriage

Thumbnail
View/Open
5.2Mb

Downloads:  
Show download detailsHide download details  
Published in
JYU dissertations
Authors
Ruotsalainen, Pilvi
Date
2019

 
The abundant consumption and negligent use of antibiotics have resulted in the global emergence of antibiotic-resistant bacteria. This is largely due to the rapid spread of multi-resistance plasmids in bacterial communities via conjugation. The increased carriage of extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing Enterobacteriaceae in the human gut increases the probability of conjugative ESBL plasmids spreading to new bacterial hosts. Therefore, identifying factors that affect the dispersal of plasmids is essential to control their spread. In this thesis, I demonstrate that bacteria-harbouring ESBL plasmids can evolutionarily rescue antibiotic-susceptible cells in a bacterial community via conjugation even under lethal β-lactam concentrations. Thus, antibiotic-sensitive pathogens may also become resistant after an apparently efficient treatment is initiated. In this thesis, a conjugative clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-Cas9 plasmid system (i.e., midbiotics) was developed to eradicate sequence-specifically different ESBL-bacteria from bacterial community, such as gut microflora. Several genes can be targeted simultaneously with a single midbiotic plasmid. The dispersal of the midbiotic plasmids results in efficient resensitisation of the exposed strains to β-lactams. However, before introducing this system in vivo, the following concerns need to be resolved: the dissemination of unwanted genes in the flora, mutations that nullify CRISPR activity, and the spread of the conjugative plasmid without its ESBL-targeting plasmid partner. In addition to midbiotics, lytic phages, which infect and kill resistant bacterial pathogens, may provide a potential option to decrease ESBL carriage. In this thesis, it was demonstrated that phages can be isolated on-demand from environmental reservoirs to carry out personalised phage therapy against Enterobacteriaceae, which are frequently associated with ESBL infections. Keywords: Antibiotic resistance; horizontal gene transfer; conjugative plasmids; bacteriophages; phage therapy; CRISPR-Cas9. ...
 
Runsas ja huolimaton antibioottien kulutus on johtanut antibioottiresistenttien bakteerikantojen globaaliin kasvuun. Pääosin tämä johtuu moniresistenssi plasmidien nopeasta leviämisestä bakteeriyhteisössä konjugaation avulla. Lisäksi laajakirjoisia β-laktamaaseja (ESBL) tuottavien enterobakteerien yleistyminen ihmisten suoliston normaalifloorassa mahdollistaa konjugatiivisten ESBL-plasmidien leviämisen uusiin bakteeri-isäntiin. Kontrolloidaksemme näiden plasmidien leviämistä, on tärkeää selvittää tekijöitä, jotka vaikuttavat leviämiseen. Tässä väitöskirjassa esitän, kuinka bakteerit voivat evolutiivisesti pelastaa bakteeriyhteisön antibiooteille alttiit bakteerit jopa letaalissa β-laktaami konsentraatiossa konjugoimalla ESBL-plasmidin näihin soluihin. Näin ollen jopa tehokas antibioottihoito ei välttämättä estä antibioottisensitiivisten patogeenien muuntumista resistenteiksi. Lisäksi näytän, kuinka kehittämäni geenisaksia (CRISPR-Cas9) koodaava konjugatiivinen plasmidisysteemi (nim. midbiotic) tuhoaa sekvenssispesifisesti erilaisia ESBL-plasmideja bakteeriyhteisöstä. Yhdellä plasmidilla pystytään kohdentamaan useita eri resistenssigeenejä samanaikaisesti ja lopputuloksena bakteerit muuntuvat jälleen alttiiksi β- laktaameille. Tätä menetelmää voisi hyödyntää esimerkiksi hävittämään resistenssigeenejä suolistofloorasta. Ennen midbioticin käyttöönottoa in vivo, menetelmää tulee kehittää niin, että epäsuotuisten geenien leviäminen ja midbiotic-plasmidien erillinen leviäminen estetään. Myös geenisaksien tehokkuutta alentavien mutaatioiden vaikutusta tulee vähentää. Vaihtoehtoisesti ESBL-kantajuuden poistamiseksi voitaisiin käyttää bakteereita infektoivia ja tappavia lyyttisiä faageja. Tässä väitöskirjassa osoitan, että tarvittaessa faageja voidaan eristää ympäristöstä ESBL-infektioihin liitetyille enterobakteereille ja valmistaa yksilöllinen faagikoktaili faagiterapiaa varten. Avainsanat: antibioottiresistenssi; horisontaalinen geenin siirto; konjugatiiviset plasmidit; bakteriofaagit; faagiterapia; CRISPR-Cas9. ...
 
ISBN
978-951-39-7819-8
Contains publications
  • Artikkeli I: Mattila, S., Ruotsalainen, P., Ojala, V., Tuononen, T., Hiltunen, T., & Jalasvuori, M. (2017). Conjugative ESBL plasmids differ in their potential to rescue susceptible bacteria via horizontal gene transfer in lethal antibiotic concentrations. Journal of Antibiotics, 70, 805-808. DOI: 10.1038/ja.2017.41
  • Artikkeli II: Ruotsalainen P., Penttinen R. & Jalasvuori M. (2019). Evolutionary rescue by ESBLplasmid-conjugation in lethal penam and cephem concentrations. Manuscript.
  • Artikkeli III: Ruotsalainen, P., Penttinen, R., Mattila, S., & Jalasvuori, M. (2019). Midbiotics : conjugative plasmids for genetic engineering of natural gut flora. Gut Microbes, 10 (6), 643-653. DOI: 10.1080/19490976.2019.1591136
  • Artikkeli IV: Mattila, S., Ruotsalainen, P., & Jalasvuori, M. (2015). On-Demand Isolation of Bacteriophages Against Drug-Resistant Bacteria for Personalized Phage Therapy. Frontiers in Microbiology, 6, 1271. DOI: 10.3389/fmicb.2015.01271
URI

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7819-8

Metadata
Show full item record
Collections
  • JYU Dissertations [127]
  • Väitöskirjat [3040]

Related items

Showing items with similar title or keywords.

  • Beta-Lactam Sensitive Bacteria Can Acquire ESBL-Resistance via Conjugation after Long-Term Exposure to Lethal Antibiotic Concentration 

    Ruotsalainen, Pilvi; Given, Cindy; Penttinen, Reetta; Jalasvuori, Matti (MDPI, 2020)
    Beta-lactams are commonly used antibiotics that prevent cell-wall biosynthesis. Beta-lactam sensitive bacteria can acquire conjugative resistance elements and hence become resistant even after being exposed to lethal (above ...
  • Analysis of Organic-Waste-Based Bioenergy Potential in the Russian Federation : potential of substitution of conventionally produced energy with bioenergy considering current level of forest, agricultural and municipal waste in different federal districts of the Russian Federation 

    Tveritinova, Elena (2008)
  • Removal of selected antibiotics and antiretroviral drugs during post‐treatment of municipal wastewater with UV, UV/chlorine and UV/hydrogen peroxide 

    Ngumba, Elijah; Gachanja, Anthony; Tuhkanen, Tuula (Wiley, 2020)
    Active pharmaceutical ingredients (APIs) are only partially removed by convectional wastewater treatment plants. This study aimed at assessing the post‐treatment degradation of selected antibiotics and antiretroviral drugs ...
  • Mass loading, distribution, and removal of antibiotics and antiretroviral drugs in selected wastewater treatment plants in Kenya 

    Muriuki, Cecilia; Kairigo, Pius; Home, Patrick; Ngumba, Elijah; Raude, James; Gachanja, Anthony; Tuhkanen, Tuula (Elsevier BV, 2020)
    The discharge of active pharmaceutical ingredients (APIs) into the aquatic environment from wastewater effluents is a concern in many countries. Although many studies have been conducted to evaluate the APIs removal ...
  • Successive alkalinity producing system for the treatment of acid sulphate soil runoff: preliminary results of a field trial 

    Kustula, Virve; Witick, Allan; Meriläinen, Jarmo J. (MTT Agrifood Research Finland, 2005)
  • Browse materials
  • Browse materials
  • Articles
  • Conferences and seminars
  • Electronic books
  • Historical maps
  • Journals
  • Tunes and musical notes
  • Photographs
  • Presentations and posters
  • Publication series
  • Research reports
  • Research data
  • Study materials
  • Theses

Browse

All of JYXCollection listBy Issue DateAuthorsSubjectsPublished inDepartmentDiscipline

My Account

Login

Statistics

View Usage Statistics
  • How to publish in JYX?
  • Self-archiving
  • Publish Your Thesis Online
  • Publishing Your Dissertation
  • Publication services

Open Science at the JYU
 
Data Protection Description

Accessibility Statement

Unless otherwise specified, publicly available JYX metadata (excluding abstracts) may be freely reused under the CC0 waiver.
Open Science Centre