Evolutionary trajectories of conjugative resistance plasmids and their interplay in the ecology of clinically relevant bacteria

Mikrobilääkeresistenssi (AMR) on noussut merkittäväksi globaaliksi ongelmaksi, sillä se hankaloittaa bakteeri-infektioiden hoitamista. AMR on haastava ongelma erityisesti Enterobacteriaceae-heimoon kuuluvien antibiooteille vastustuskykyisten patogeenien sekä niiden horisontaalisesti leviävien antibioottiresistenssigeenien (ARG) vuoksi. Näiden geenien leviämistä bakteeriyhteisöissä edesauttavat erityisesti itsenäisesti replikoituvat ja siirtyvät liikkuvat geneettiset elementit (MGE) kuten konjugatiiviset plasmidit. Tämän vuoksi AMR-ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan uudenlaisia hoitomuotoja. Faagiterapiassa hyödynnetään bakteereja infektoivia viruksia. Antimikrobiaaliset CRISPR-pohjaiset työkalut taas voisivat olla tulevaisuuden ratkaisu ARG:ien poistamiseksi bakteeriyhteisöistä. Tässä väitöskirjassa tutkittiin Enterobacteriaceae-heimoon kuuluvien Escherichia coli- ja Klebsiella pneumoniae -bakteerien plasmididynamiikkaa ja antibioottiresistenssiä eri näkökulmista. Osatyössä I selvitettiin plasmidien ja antibioottiresistenssin dynamiikkaa antibioottihoidon aikana. Toisessa osatyössä (II) tutkittiin evoluutiohistorian vaikutusta plasmidien evoluutiodynamiikkaan ja niiden potentiaalia pelastaa antibiooteille herkkiä bakteereja konjugatiivisten plasmidien avulla. Lisäksi osatyössä III selvitettiin faagiresistenssin kehittymiseen vaikuttavia ympäristötekijöitä moniresistenteillä bakteereilla. Tutkimuksen viimeisessä osatyössä (IV) tutkittiin antimikrobisen CRISPR-työkalun vaikutusta ESBL- (Extended-Spectrum Beta-lactamase)-plasmidien säilyvyyteen ja evoluutioon. Tutkimustulokset osoittavat, että ekologiset tekijät vaikuttavat kohdennettujen keinojen tehokkuuteen. Lisäksi työn tuloksissa korostuu resistenssiplasmidien kyky sopeutua erilaisiin isäntäbakteeriympäristöihin sekä evoluutiohistorian vaikutus plasmididynamiikkaan. Tämä väitöskirjatyö laajentaa nykyistä tietämystä siitä, miten voimakkaasti sopeutumiskykyiset bakteerit kykenevät adaptoitumaan muuttuviin olosuhteisiin, korostaen erityisesti ekologisten tekijöiden merkitystä kehitettäessä tehokkaita työkaluja antibioottiresistenssiä vastaan.