В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Баянбек Дины Сериковны на тему «Мультиомный подход к изучению клеточного ответа Bacteroides fragilis к карбапенему» по образовательной программе «8D05107 – Биология».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Общей биологии и геномики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - казахский
Официальные рецензенты:
Ерназарова Алия Кулахметовна – доктор биологических наук, профессор Казахского национального педагогического университета им. Абая (Алматы, Казахстан).
Тыныбаева Индира Кажымухановна – PhD, и.о. доцента Казахского национального университета им. аль-Фараби (Алматы, Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
Сармурзина Зинигуль Сериковна - кандидат биологических наук, ассоциированный профессор, заведующий лабораторией биотехнологии ТОО «Республиканская коллекция микроорганизмов» (Астана, Казахстан).
Сандыбаев Нурлан Тамамбаевич - кандидат биологических наук, профессор, директор Казахстанско-Японского инновационного центра, Казахский национальный аграрный исследовательский университет (Алматы, Казахстан).
Мухаммад Касым - PhD, Профессор, Кохатский университет науки и технологий, кафедра микробиологии (г.Кохат, Пакистан).
Научные консультанты:
Ильдербаев Оралбек Зайнулданович – доктор медицинских наук, профессор кафедры «Общей биологии и геномики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилёва, Республика Казахстан.
Жолдыбаева Елена Витальевна – кандидат биологических наук, профессор, заведующий лабораторией «Национальная научная лаборатория биотехнологии коллективного пользования» Национального центра биотехнологии, Республика Казахстан.
Соки Джозеф – PhD, ведущий научный сотрудник Института медицинской микробиологии Сегедский университет, г. Сегед, Венгрия.
Защита состоится: 12 июня 2026 года 10:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D051 – Биологические и смежные науки» по специальности «8D05107 – Биология» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Заседание диссертационного совета состоится в смешанном офлайн и онлайн формате.
Ссылка: https://us06web.zoom.us/j/89115621409?pwd=B5Gh1bGxfsHwEbgfB0kBBvfdqnvaFa.1
Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана, 13, корпус №3, ауд. №310
Аннотация (рус.): Общая характеристика работы Диссертационная работа посвящена мультиомному подходу изучения клеточного ответа Bacteroides fragilis на один из наиболее активных противомикробных препаратов в отношении B. fragilis меропенем. Изучение транскриптома и протеома бактерии позволит понять как бактериальные гены, связанны с механизмами резистентности и метаболическими путями, которые участвуют в ответ на карбапенемы, в частотности меропенем. Актуальность исследования Устойчивость к противомикробным препаратам остается значительной глобальной угрозой для общественного здравоохранения. В 2019 году лекарственно-устойчивые инфекции стали причиной более четырех миллионов смертей во всем мире. Прогнозы показывают, что к 2050 году устойчивость к противомикробным препаратам может стать причиной до 10 миллионов смертей ежегодно и повлечь за собой расходы, превышающие 100 триллионов долларов для мировой экономики. Следовательно, существует острая необходимость в стратегиях по борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам. На сегодняшний день в мире распространенность антибиотикорезистентности у клинических штаммов B. fragilis является актуальной проблемой. Исследования, проведенные в Европе показали, что за последние 20 лет в Европейских странах наблюдается повышение имипенем резистентности B. fragilis с 0% до 1,2%, аналогичное повышение имипенем резистентности было отмечено и в США. Исследования, проведенные в 2008-2012 годах в Тайване также показали, что 13,5% изолятов B. fragilis проявляют резистентность к эртапенему. Кроме этого, появляются сообщения о мультирезистентности штаммов B. fragilis к антибиотикам. В 2022 году в 16 европейских странах была зарегистрирована чувствительность к антимикробным препаратам у 449 уникальных изолятов B. fragilis, выделенных из крови и устойчивость к меропенему (13,4%, 0–45,5%)составило. Резистентность к меропенему также увеличилась с зарегистрированных 3,4% до 10,7%. Развитие высокопропускных и высокотехнологичных инновационных методов в биологии способствовали развитию «омных» технологий. Мультиомный подход за последние годы интегрирован во многие области биологии, в частности в микробиологию. Изучение белковых профилей (протеома) бактериального патогенеза является одним из основных подходов к изучению белков и взаимодействий патоген-хозяин с целью более глубокого изучения механизмов устойчивости и вирулентности бактерий. Chernov V. вместе с коллегами в своем обзоре показали актуальность применения «омных»-технологий для понимания механизмов резистентности бактерий и использование полученных данных в последующем для создания новых противомикробных препаратов. Например, имеется достаточно большое количество работ по изучению Mycobacterium tuberculosis, Salmonella на основе мультиомного подхода. Одним из ключевых препаратов, используемых при антимикробной терапии, действующей на B. fragilis являются карбапенемы. Устойчивость к карбапенемам у B. fragilis, связана с продукцией метало-β-лактамазы с двумя ионами Zn2+ в активном центре, кодируемой геном cfiA, находящийся иногда в молчащем состоянии. Увеличению частоты выделения устойчивых штаммов Bacteroides spp. к карбапенемам предшествует повышение носительства cfiA гена. Резистентность к карбапенемам обуславливается за счет экспресии cfiA гена, которая регулируется мобильными генетическими IS – элементами. Например, IS1186 и IS942 хорошо известные мобильные генетические элементы, участвующие в регуляции. Sóki J и др. в своей работе сообщают также, о ранее неизвестных мобильных IS элементах - IS943 и о необходимости более детального изучения регуляции экспрессии гена cfiA. В работе Wafaa Jamal и др. по изучению распространенности устойчивости и чувствительности изолятов B. fragilis на территории Кувейта отмечается, что один из изолятов B. fragilis был резистентен к обоим препаратам имипенем и меропенем, хотя отсутствовал ген cfiA. Авторы связывают данную резистентность с другим механизмом – нарушение проницаемости мембраны. Помимо этого относительно недавно в работе Pak-Leung Ho и др. показали, что приобретение устойчивости к имипенему у cfiA-позитивных B. fragilis не только может быть опосредовано экспрессией cfiA гена за счет вставки IS, но также другими неопределенными механизмами. Потенциально возможными механизмами резистентности могут быть мутации, ведущие к потере порина, усилению оттока лекарства или снижение аффиности пенициллин-связывающих белков. Цель и задачи исследования Цель исследования- in vitro оценить транскрипционный и протеомный профиль B. fragilis при воздействии меропенема для изучения взаимосвязи бактериальных генов с механизмами резистентности и метобалическими путями, вовлеченных в ответ на действие меропенема. 1. Культивирование изолятов B. fragilis. Определение субингибиторной концентрации (SIC) меропенема. Проведение субкультивирования изолятов B. fragilis в присутствии антибиотика и в отсутствии антибиотика меропенема при разных временных промежутках. 2. Определение бактериальных РНК-профилей B. fragilis при воздействии антибиотиком (меропененом) и при удалении данного антибиотика. Суть задачи состоит в сравнении полногеномного профиля экспрессии генов B. fragilis при воздействии субингибиторной концентрации антибиотика по прошествии разного количества времени. РНК секвенирование (RNA-seq) будет проведено, используя NGS (секвенирование нового поколения). 3. Определение белкового профиля B. fragilis при воздействии антибиотиком (меропененом) и при удалении данного антибиотика. Суть задачи состоит в том, чтобы количественно определить регуляцию белков B. fragilis при воздействии субингибиторной концентрации антибиотика по прошествии разного количества времени. Будет применен метод одномерного гель-электрофореза в сочетании с химическими метками для обнаружения изменений на уровне регуляции и химической модификации отдельных белков в пределах всего протеома в ответ на противомикробный препарат меропенем. 4. Проведение биоинформатического анализа данных транскриптома и протеома B. fragilis. Суть задачи состоит в том, чтобы выявить основные активированные или репрессированные гены, кодирующие ферменты, которые участвуют в ответе на меропенем, также выявить ключевые белки B. fragilis, которые являются частью клеточного ответа, активируемого противомикробным препаратом. Объект исследования В качестве объекта исследования была использована культура B. fragilis BFR KZ01, которая была выделена в 2018 г, в №1 городском больнице города Астана, от 48 летнего пациента с диагнозом острый гангренозно-перфоративный аппендицит, перитонит. Методы исследования При исследовательской работе были использованы современные микробиологические и молекулярно-биологические методы – культивирование, выделение РНК, секвенирование нового поколения, масс-спектрометрический анализ белков Научная новизна исследований Диссертационная работа направлен на получение новых данных о механизмах резистентности B. fragilis к карбапенемам. В Казахстане до настоящего исследования работ по изучению бактерий на основе мультиомного подхода не проводили. Практическая значимость На основании результатов диссертационной работы показано, что под воздействием низких доз антибиотиков активизируются защитные механизмы, которые способствуют возникновению резистентности. Полученные данные в последующем можно использовать для создания таргетных антимикробных препаратов. Основные выводы по результатам исследования На защиту выносятся следующие результаты научной деятельности: 1. Определена субингибирующая концентрация антибиотика меропенена для клинического штамма B. fragilis BFR KZ01, обеспечивающая развитие резистентности. Минимальная подавляющая концентрация (МПК) была определена как 1 мкг / мл, а SIC меропенема - 0,5 мкг / мл (0,5 МПК). 2. B. fragilis BFR KZ01. «Сырые данные» РНК-профиля B. fragilis BFR KZ01 - SRA депонированы в NCBI под номером SRX22081155. Картирование ридов с эталонным геномом выявило в 2477 экспрессируемых генов среди всех образцов B. fragilis BFR_KZ01. При сравнении wMEM (родительский штамм) и под действием антибиотика меропенема (FDR < 0.05) обнаружено 82 дифференциально экспрессированных генов, из них 47 генов с повышенной экспрессией и 35 с пониженной экспрессией генов; при сравнении MEM2 с rMEM8 49 с повышенной и 46 с пониженной регуляцией; при сравнении wMEM c rMEM8 45 с повышенной экспрессией и 33 с пониженной экспрессией генов. 3. Определен протеомный профиль клинического штамма B. fragilis BFR KZ01. Было идентифицировано 859 белков клинического штамма B. fragilis BFR KZ01, используя этапы фильтрации определено 108 дифференциально экспрессируемых белков. 4. Десять DEG были общими для групп сравнения во время и после отмены антибиотика (wMEM vs MEM2 и MEM2 vs rMEM8). Кластерный анализ выявил статистически значимый кластер обогащения (W-0560 оксидоредуктаза) DEG после отмены антибиотиков. Была отмечена активация порядка 7 генов, связанных с молекулярной функцией, трансмембранной транспортной активностью, что еще раз подчеркивает основной механизм резистентности, включающий активное исключение антимикробных препаратов из клеток системами транспорта лекарств. Три статистически значимых эксперссирующих белка выявлено: 3-оксоацил-[ацилпереносящий белок] редуктаза, субъединица биотинкарбоксилазы ацетил-КоА-карбоксилаза и бета-кетоацил-АПБ-синтазы III. Белки необходимы для правильного инициирования и удлинения цепей жирных кислот при образования липидов мембран и различных клеточных процессов в B. fragilis. По результатам исследований опубликовано 6 работ, из них одна статья опубликована в журнале, который в базе данных Scopus (Heliyon, IF 3.4, процентиль 82), 3 статьи в журналах изданий, рекомендуемых Комитетом по обеспечению качества в сфере образования и науки Министерство науки и высшего образования Республики Казахстан, 2 статьи в сборниках международных-научных конференциях. Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 92 страницах, состоит из 16 таблиц, 36 рисунков и 8 приложений. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и обсуждений, заключения, списка использованных источников, включающих 187 источника и приложений.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://youtu.be/2BMf5yKTUJI?si=uK5LpdJBfVOhSirs
