Multi-omic approach applied to the selection of vaccine antigens and molecules for diagnosis and treatment agianst caused by Streptococcus pneumoniae and Staphylococcus aureus

Abstract

Staphylococcus aureus y Streptococcus pneumoniae son dos patógenos humanos Gram-positivos capaces de ocasionar enfermedades infecciosas que pueden llegar a ser un riesgo para la vida. Streptococcus pneumoniae puede causar alta morbilidad y mortalidad. Por otro lado, Staphylococcus aureus es un patógeno que suele ocasionar enfermedades que varían en gravedad, desde una leve infección en piel hasta graves enfermedades como lo son bacteriemia, septicemia o síndrome del shock tóxico. Su incidencia en los hospitales aumenta con los años y su sensibilidad a los antibióticos se ha visto reducida con el paso del tiempo. Esto trae consigo una disminución en el número de alternativas en el tratamiento de infecciones ocasionadas por estos microorganismos. Actualmente existen dos vacunas comerciales frente al neumococo, desarrolladas contra la cápsula polisacarídica del patógeno (Pneumovax y Prevenar). En el caso de S. aureus, no existe ninguna vacuna equivalente. Por esta razón, en esta tesis se planteó la aplicación de diferentes herramientas multi-ómicas con el fin de obtener nuevas moléculas para pronóstico, diagnóstico, desarrollo de una vacuna o tratamiento frente a infecciones causadas por estos patógenos. i) Se realizó la búsqueda de candidatos vacunales frente a infecciones estafilocócicas utilizando dos conjuntos de aislados clínicos de pacientes infectados con S. aureus. El primer grupo incluyó aislados tanto sensibles como resistentes a la meticilina. Dichos aislados fueron genotipados sin encontrar una clara diferencia entre los tipos de secuencias, de acuerdo a la susceptibilidad a dicho antibiótico. Mediante la digestión tríptica de S. aureus, se obtuvieron proteínas de superficie como candidatos vacunales. Por inmunoproteómica se identificaron aquellas proteínas inmunorreactivas tanto de extracto celular como de secreción que fueron reconocidas por sueros de pacientes que cursaron con infección estafilocócica. Con respecto al segundo conjunto de aislados clínicos, en este se incluyeron 58 cepas de S. aureus resitentes a la meticilina y se seleccionaron 18 proteínas de superficie, identificadas en...

Staphylococcus aureus and Streptococcus pneumoniae are two Gram-positive human pathogens. Streptococcus pneumoniae colonizes the human nasopharynx and causes high morbidity and mortality rate. On the other hand, Staphylococcus aureus causes a wide spectrum of infections ranging from mild to life-threatening diseases such as bacteremia, sepsis and toxic shock syndrome. In recent years, nosocomial infections caused by this pathogen have increased. Moreover, its sensitivity to antibiotics has been reduced over time reducing the number of alternatives for the treatment of infections caused by this microorganism. Currently, there are two commercial vaccines against the pneumococcal polysaccharide capsule (Pneumovax and Prevnar). However, in regard to S. aureus, there is not an equivalent vaccine. Therefore, in this thesis several multi-omic approaches were applied for the selection of molecules with medical purposes such as biomarkers, vaccine candidates, or treatment for those infections caused by these pathogens. To address this goal the following studies were performed: i) The selection of vaccine candidates against staphylococcal infections was performed using two sets of staphylococcal clinical isolates. In the first study, both methicillin-sensitive and methicillin-resistant clinical isolates were genotyped by MLST. A mixed pattern of sequence types was identified among both groups of clinical isolates. Tryptic digestion on the S. aureus surface lead to the identification of surface- exposed proteins as vaccine candidates. Immunoproteomics was applied in order to identify those immunorreactive proteins from both cell extract and secretion fraction. Protein antigens recognized by infectedpatient sera were identified. In the second study, 58 MRSA clinical isolates were subjected to tryptic digestion. 18 staphylococcal proteins were considered as vaccine candidates as they were identified in >50% of the clinical isolates. ii) A multi-omic approach was applied to study the proteome, transcriptome and metabolome of S. pneumoniae cultured in liquid medium under iron starvation conditions, which occurrs during the infectious process. The molecules, identified by the...