On the missing links between the epidemiology and pathophysiology of Staphylococcus
aureus
Mekonnen, Solomon Abera
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2018
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Mekonnen, S. A. (2018). On the missing links between the epidemiology and pathophysiology of Staphylococcus aureus. University of Groningen.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Appendices
Nederlandse samenvatting
Biography
List of publications
Acknowledgements
136
Nederlandse samenvatting, conclusies en perspectief voor
toekomstig onderzoek
Samenvatting
De meticilline-resistente vorm van de bacterie Staphylococcus aureus, beter bekend als de 'ziekenhuisbacterie' MRSA, vormt een serieuze bedreiging voor de gezondheid en het welzijn van de mens. MRSA-infecties zijn namelijk moeilijk te behandelen, doordat de MRSA-bacteriën ongevoelig zijn voor veel verschillende antibiotica. Oorspronkelijk kwamen MRSA-infecties vooral voor bij patiënten in een ziekenhuisomgeving, maar tegenwoordig worden ze ook waargenomen bij gezonde personen in de gemeenschap. De varianten van MRSA die in ziekenhuizen gevonden worden staan bekend als 'hospital-associated MRSA' ofwel ‘HA-MRSA’ en de varianten die in de gemeenschap gevonden worden als 'community-associated' ofwel ‘CA-MRSA’. Doordat CA-MRSA steeds meer voorkomt in de gemeenschap wordt deze vorm van MRSA ongewild ook vaker in ziekenhuizen geïntroduceerd. Dit is zeer riskant voor kwetsbare patiënten, omdat de CA-MRSA bacteriën vaak nog agressiever zijn dan de HA-MRSA bacteriën. Het is daarom van belang om CA-MRSA infecties en mogelijke ziekenhuisuitbraken van CA-MRSA vroegtijdig te herkennen. Hiertoe is het nodig om diagnostische merkers te identificeren, waarmee onderscheid gemaakt kan worden tussen HA- en CA-MRSA, zoals in het kort beschreven in hoofdstuk 1 van dit proefschrift. De oorspronkelijk geïdentificeerde merkers voor CA-MRSA zijn specifieke genen op overdraagbare (mobiele) genomische elementen (MGEs), zoals de genen voor het zogenaamde Panton-Valentine leukocidine (PVL)1. Dergelijke merkers zijn recentelijk ook
waargenomen in HA-MRSA varianten, waardoor het belangrijk wordt om meer robuuste, niet-overdraagbare nieuwe merkers te identificeren op grond waarvan CA- and HA-MRSA onderscheiden kunnen worden2–4.
Verschillende eerdere studies hebben de mechanismes beschreven die MRSA-bacteriën gebruiken om het menselijke lichaam te koloniseren en binnen te dringen en waarmee ze het afweersysteem kunnen misleiden5. Daarentegen is erg weinig bekend over de
eigenschappen die bepalen of een MRSA-bacterie beter in staat is om infecties bij patiënten in een ziekenhuis te veroorzaken of bij gezonde personen in de gemeenschap. Hoe kunnen we deze twee MRSA-varianten op moleculair niveau onderscheiden? Dit is niet slechts een intrigerende vraag voor fundamenteel wetenschappelijk onderzoek, maar ook voor de ziekenhuispraktijk, waar de agressieve CA-MRSA erg veel schade kan aanrichten. Het vroegtijdig herkennen van CA-MRSA-varianten wordt nog belangrijker,
137
A
doordat deze varianten nu ook in ziekenhuizen opduiken, waar ze zich aanpassen aan de voor hen nieuwe condities. Dit laatste fenomeen is onlangs gerapporteerd voor de zogenaamde USA300 MRSA-variant die oorsrpronkelijk als een CA-MRSA in de Verenigde Staten van Amerika is geïdentificeerd6, maar die nu ook wereldwijd infecties
in ziekenhuizen veroorzaakt7–9. Deze eerdere waarneming vormde de feitelijke
aanleiding om de aanpassingen van de USA300 bacterie aan de ziekenhuisomgeving in het onderhavige promotieonderzoek te bestuderen. Hiertoe werd gebruik gemaakt van een gecombineerde genomics, transcriptomics en proteomics benadering.
Zoals beschreven in hoofdstuk 2, laat de vergelijkende genoomanalyse van CA- en HA-USA300-isolaten zien, dat de onderscheidende eigenschappen van deze isolaten voornamelijk gerelateerd zijn aan het zogenaamde variabele genoom, dat bestaat uit voornoemde MGEs. Een opmerkelijke bevinding van de parallel uitgevoerde proteoom-analyses is dat de CA- en HA-isolaten ook te onderscheiden zijn op basis van de eiwitten die ze in het extracellulaire milieu uitscheiden en dat dit verschil niet alleen een voorspellende waarde heeft voor hun epidemiologische gedrag in de gemeenschap of het ziekenhuis, maar ook voor hun groei en overleving in humane epitheelcellen10.
Vooral de laatstgenoemde waarneming lijkt zeer relevant, omdat CA-MRSA vaak infecties van de huid en zachte weefsels veroorzaakt, waarbij het epitheel de eerste verdedigingslijn van het menselijke lichaam is die de bacterie moet doorbreken. Verder is het intrigerend, dat de geïdentificeerde extracellulaire eiwitten, die het verschil maken tussen CA- en HA-USA300 isolaten vooral typische cytoplasmatische eiwitten zijn. Het was al bekend dat dergelijke 'moonlighting' eiwitten verschillende functies vervullen op intracellulaire en extracellulaire locaties van de S. aureus bacterie en dat ze een rol spelen in het vermogen van S. aureus om ziekte te veroorzaken11,12. Een totaal nieuwe
bevinding is, dat deze 'moonlighting' eiwitten ook verschillen bij de nauw-verwante CA- en HA-USA300 isolaten.
De waarnemingen beschreven in hoofdstuk 2 vormden de aanleiding om een diepgaand onderzoek naar de cel-geassocieerde eiwitten van de CA- en HA-USA300-isolaten te starten. De resultaten van dit onderzoek zijn beschreven in hoofdstuk 3. Ze laten zien, dat de aanpassingen van de CA-USA300-isolaten aan het ziekenhuismilieu ten dele plaatsvinden op het niveau van het centrale koolstofmetabolisme. De verschillen die waargenomen werden in de onderzochte CA- en HA-isolaten waren vooral te relateren aan eiwitten die betrokken zijn bij de glycolyse, de pentosefosfaatroute, de gluconeogenese, de citroenzuurcyclus en het metabolisme van aminozuren en purines. De glycolyse en de pentosefaatroute blijken sterker tot expressie te komen in de HA-isolaten, terwijl de gluconeogenese, citroenzuurcyclus en
138
het aminozuur- en purinemetabolisme in deze isolaten relatief minder actief lijkt. Deze aanpassingen in metabole routes zijn opmerkelijk goed te relateren aan de klinische manifestaties van de twee bestudeerde groepen van USA300-isolaten. HA-MRSA veroorzaakt met name invasieve infecties in kwetsbare personen en patiënten. In een dergelijk scenario, bereiken de bacteriën veelal de relatief voedselrijke bloedbaan, waar het voor hen minder belangrijk is om zelf glucose, aminozuren en purines te synthetiseren. De CA-MRSA veroorzaakt daarentegen veel vaker infecties van de huid en zachte weefsels, waar dergelijke voedingsstoffen minder beschikbaar zijn voor de bacterie. Dienovereenkomstig lijken de bestudeerde CA-MRSA-isolaten beter voorbereid op een milieu waar glucose, vrije aminozuren en purines in beperkende mate voorhanden zijn. Deze waarnemingen suggereren, dat het centrale koolstofmetabolisme een bepalende factor is voor het gedrag van MRSA in de gemeenschap of het ziekenhuis.
Succesvolle kolonisatie en invasie van het menselijke lichaam door S. aureus vereist aanpassingen in de bacteriële genexpressie door transcriptieregulatie. Om te onderzoeken in welke mate de transcriptie in de onderzochte CA- and HA-USA300-isolaten verschilt werd een RNA-sequentieanalyse ('RNAseq') uitgevoerd. De resultaten van deze analyse zijn beschreven in hoofdstuk 4 van dit proefschrift. Hieruit blijkt dat meerdere processen in de CA- en HA-USA300-isolaten op transcriptieniveau verschillend gereguleerd zijn. Dit geldt met name voor het Agr ‘quorum-sensing’ systeem, waarmee S. aureus de expressie van virulentiefactoren reguleert, systemen die bescherming bieden tegen oxidatieve schade en meerdere biosynthetische routes. Genen die coderen voor de synthese van histidine, purines, pyrimidines en vetzuren blijken bijvoorbeeld in verschillende mate tot expressie te komen in de onderzochte CA- en HA-isolaten. Hetzelfde geldt voor genen die coderen voor belangrijke virulentiefactoren van S. aureus, zoals leukocidines en fenol-oplosbare modulines ('phenol-soluble modulins'; PSMs). Deze virulentiefactoren spelen een belangrijke rol bij de ontwijking van het menselijke immuunsysteem door S. aureus en het overleven van fagocytose door immuuncellen. Het is voor S. aureus met name belangrijk om fagocytose door neutrofielen te vermijden en zo mogelijk te overleven, omdat deze immuuncellen de belangrijkste verdedigingslinie vormen nadat de bacterie de primaire barrières gevormd door de menselijke huid of slijmvliezen heeft doorbroken13. Om deze
reden werd het vermogen van de CA- en HA-isolaten om fagocytose door humane neutrofielen te overleven onderzocht. Uit deze analyse blijkt, dat de CA-isolaten een veel hoger vermogen hebben om neutrofielen te doden dan de HA-isolaten, terwijl de HA-isolaten beter aangepast zijn voor overleving in het oxidatieve milieu binnen in de
139
A
neutrofielen. Dit suggereert dat de HA-MRSA-isolaten zich aan de omstandigheden in het ziekenhuis, met name de hoge antibioticumdruk, hebben aangepast door de condities binnen in fagocyterende cellen beter te weerstaan. Veel antibiotica worden namelijk slecht opgenomen door immuuncellen. Deze veronderstelling werd bevestigd door experimenten in een diermodel, te weten de larves van de grote wasmot Galleria mellonella, waaruit blijkt dat de HA-isolaten inderdaad beter uitgerust zijn om eliminatie door het antibioticum gentamicine te voorkomen dan de CA-isolaten door een verbeterde overleving binnen fagocyterende cellen.
Een opmerkelijke waarneming was, dat de PSM-genen in verschillende mate tot expressie komen in de twee groepen van isolaten, waarbij de CA-MRSA-isolaten relatief lagere PSM-expressieniveaus vertonen dan de HA-MRSA-isolaten. Dit resultaat was onverwacht, aangezien eerdere analyses door andere groepen hadden laten zien, dat S. aureus de PSMs juist nodig heeft om aan neutrofielen te ontsnappen14. Daarom werd
de verschillende expressie van PSMs in de twee groepen bacteriën geverifieerd door de resistentie tegen het antibioticum daptomycine te bepalen. Recent onderzoek heeft namelijk laten zien, dat verlaagde PSM-niveaus S. aureus resistent maken tegen daptomycine, doordat dit antibioticum dan weggevangen wordt door gesecreteerde fosfolipides15. Op grond van de RNAseq data werd verondersteld, dat de
CA-USA300-isolaten minder gevoelig zouden zijn voor daptomycine dan de HA-USA300-CA-USA300-isolaten. Dit bleek inderdaad het geval te zijn, hetgeen de RNAseq data bevestigt. Bij deze waarnemingen dient opgemerkt te worden, dat daptomycine een zogenaamd reserve-antibioticum is, dat betrekkelijk weinig ingezet wordt om S. aureus-infecties te bestrijden. De hogere gevoeligheid van de HA-isolaten voor daptomycine is daarom waarschijnlijk een indirecte consequentie van hun aanpassing aan het ziekenhuismilieu.
Conclusies
Staphylococcus aureus manifesteert zich bij de meeste mensen als een commensaal,
maar als deze bacterie de kans krijgt, laat hij zijn volle potentieel als gevaarlijke ziekteverwekker zien. Dit weerspielgelt het sterke vermogen van deze bacterie om zich aan te passen aan verschillende milieus en om adequaat te reageren op de stress die op hem uitgeoefend wordt door het humane immuunsysteem. MGEs met genen die resistentie veroorzaken tegen verschillende antibiotica of die coderen voor virulentiefactoren spelen een sleutelrol bij zulke aanpassingen. De kneedbaarheid van het S. aureus genoom, veroorzaakt door MGEs, draagt derhalve in belangrijke mate bij aan de fitness en continue evolutie van de S. aureus bacterie. Dit beeld wordt bevestigd door een fylogenetische analyse van verschillende S. aureus isolaten, die laat zien dat
140
de USA300-lijn, die oorspronkelijk als CA-MRSA werd geidentificeerd, is voortgekomen uit een vooroudelijke MSSA-lijn door de acquisitie van MGEs (Figuur 1). De daaropvolgende uitwisseling van MGE-gecodeerde genen heeft geresulteerd in de verschillende virulentieniveaus van de hier onderzochte CA- en HA-isolaten (Figuur 2). Aan het begin van het onderhavige promotieonderzoek waren de moleculaire eigenschappen die ten grondslag liggen aan de verschillende epidemiologie van CA- en HA-MRSA nog grotendeels onbekend. De resultaten, beschreven in dit proefschrift laten zien, dat CA- en HA-isolaten van de USA300-lijn verschillende karakteristieke eigenschappen bezitten die weerspiegeld worden in de samenstelling van de respectievelijke transcriptomen en proteomen. Deze moleculaire verschillen hebben voorspellende waarde voor de groei en overleving van de CA- en HA-isolaten in epitheelcellen en fagocyten. Voorts impliceren de verkregen resultaten dat het verschillende epidemiologische gedrag van de onderzochte USA300-isolaten aanpassingen op drie verschillende niveaus vereisen, namelijk (i) het centrale koolstofmetabolisme, (ii) de expressie van virulentiefactoren en (iii) bescherming tegen oxidatieve stress. De aanpassingen in de niveaus van eiwitten betrokken bij het centrale koolstofmetabolisme maken de HA- of CA-isolaten optimaal fit voor groei en overleving in bepaalde niches van het humane lichaam en de respectievelijke veranderingen in de expressie van virulentiefactoren helpen hen om deze niches te bereiken. Bovendien kunnen de HA-isolaten profiteren van de aangepaste expressie van hun virulentiefactoren, die ze in staat stelt zich tegen antibiotica te laten beschermen door de immuuncellen die hen gefagocyteerd hebben. De antibioticumconcentratie binnen in de immuuncellen blijft namelijk lager dan daarbuiten. De CA-isolaten hebben deze bescherming niet echt nodig en ze hebben dientengevolge waarschijnlijk meer voordeel bij het doden van de hen fagocyterende immuuncellen. Tenslotte verhoogt de aanpassing van de beschermingsmechanismen tegen oxidatieve stress het vermogen van de HA- isolaten om te overleven in fagocyterende immuuncellen. Alzo hebben de onderhavige studies een aantal moleculaire eigenschappen aan het licht gebracht die wellicht voorspellende waarde hebben voor het epidemiologische gedrag van verschillende MRSA isolaten.
141
A
Figuur 1. Stamboom van verschillende S. aureus isolaten. Het Geneious programma versie 11.1.2, de MAUVE tool en het rapidRaXML programma versie 8.2.1 werden gebruikt om de stamboom op te stellen op basis van complete genoomsequenties16.
142
Figuur 2. Model voor de evolutie van virulentie in CA- en HA-USA300-isolaten. Op grond van recente fylogenetische anlayses (ref) lijkt het aannemelijk dat de meticilline-gevoelige klonale S. aureus-lijn ST8 in verschillende successievelijke stappen de PVL-genen, het ACME-element, SCCmec type IV en enterotoxine-genen (bijvoorbeeld seq) door horizontale overdracht van MGEs heeft verkregen. Dit leidde tot het ontstaan van de CA-USA300-lijn die zich in de gemeenschap vermenigvuldigde. Bij her-introductie van de in dit proefschrift beschreven USA300-isolaten in het ziekenhuis pasten deze isolaten zich aan de nieuwe situatie aan door bepaalde MGEs te vervangen. Dit leidde tot het verlies van de PVL-genen, het verkrijgen van enterotoxine genen (bijvoorbeeld sej) en tot verschillende fysiologische aanpassingen, zoals in dit proefschrift beschreven. *ACME, Arginine Catabolic Mobile Element; Mobile Genetic Element (MGE); PVL, Panton-Valentine Leukocidine6,10,17,18.
Perspectieven voor toekomstig onderzoek
De epidemiologische classificatie van MRSA-isolaten als CA of HA is gebaseerd op het tijdstip na ziekenhuisopname (normaliter 48 uur), waarop patiënten symptomen van een S. aureus-infectie vertonen. Als zo’n infectie binnen 48 uur na opname optreedt is er zeer waarschijnlijk sprake van een CA-infectie. Dit is echter een tamelijk zacht criterium. Dientengevolge is er een sterke behoefte om meer robuuste moleculaire merkers te identificeren waarmee CA- en HA-MRSA isolaten te onderscheiden zijn. Tot dusver was slechts een beperkt aantal onderscheidende karakteristieken bekend, zoals de
PVL-143
A
coderende genen. Deze merkers verliezen helaas hun voorspellende waarde, omdat de oorspronkelijke CA-MRSA-lijnen nu ook in ziekenhuizen ge(her)ïntroduceerd worden, waar ze zich aanpassen aan de aldaar heersende omstandigheden, met name de hoge antibioticumdruk. In dit proefschrift zijn meerdere nieuwe eigenschappen beschreven waarin CA- en HA-isolaten van de USA300-lijn verschillen. Deze verschillen vormen een veelbelovende leidraad voor de ontwikkeling van merkers voor het epidemiologische gedrag van MRSA. Een kernvraag die nog beantwoord moet worden is, of de geïdentificeerde verschillen ook onderscheid maken tussen minder nauw verwante CA- en HA-MRSA isolaten die behoren tot verschillende klonale S. aureus-lijnen en afkomstig zijn van verschillende geografische locaties. De hier gepresenteerde data duiden er op, dat onbevooroordeelde benaderingen, zoals sequentieanalyse van het bacteriële genoom, transcriptomics of proteomics waarschijnlijk superieur zijn ten opzichte van benaderingen die gebaseerd zijn op individuele merkergenen, RNA-transcripten of eiwitten voor identificatie van MRSA-isolaten met een epidemiologische voorkeur voor de gemeenschap of het ziekenhuis. Dit is in overeenstemming met het vermoeden, dat het epidemiologische gedrag van S. aureus een multi-factoriële eigenschap is. De logische consequentie van dit inzicht is, dat we voor adequate infectiepreventie een sterkere nadruk op de implementatie van 'omics'-technieken zouden moeten leggen. Dit is overigens een trend die reeds in gang is gezet met de introductie van bacteriële genoomsequentieanalyses om uitbraken en de bijbehorende transmissielijnen van resistente microorganismen te detecteren en in kaart te brengen19.
Een ander voorbeeld van ‘omics voor infectiepreventie’ is de inzet van MALDI-TOF massaspectrometrie voor de identificatie van bepaalde ziekteverwekkers in de routinediagnostiek20,21. Een vraag van meer fundamentele aard die nog beantwoord
moet worden is, hoe de in dit proefschrift beschreven eigenschappen van CA- and HA-MRSA-isolaten de interacties met humane gastheer-eiwitten en weefsels bepalen. Dit is vooralsnog een belangrijk hiaat in onze kennis, zoals duidelijk werd uit de recente bevinding, dat een ‘corona’ van humane serumeiwitten die gebonden zijn aan het bacteriële oppervlak de localisatie van S. aureus-eiwitten drastisch kan beïnvloeden22.
Voor een gedetailleerd begrip van de factoren die het gedrag van S. aureus in de gemeenschap of het ziekenhuis bepalen zal het derhalve van belang zijn de interacties van de humane eiwit-corona op de pathofysiologie van deze bacterie in detail te ontleden. De resultaten van dergelijke analyses kunnen wellicht al in de nabije toekomst leiden tot de rationele ontwikkeling van geheel nieuwe preventieve of therapeutische interventies die patiënten en andere kwetsbare individuen beschermen tegen MRSA-infecties.
144
Referenties
1. Vandenesch, F. et al. Community-acquired methicillin-resistant staphylococcus aureus carrying panton-valentine leukocidin genes: Worldwide emergence. Emerg. Infect. Dis. 9, 978–984 (2003). 2. Francois, P. et al. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, Geneva, Switzerland, 1993-2005.
Emerg. Infect. Dis. 14, 304–307 (2008).
3. Liu, C. et al. Clinical practice guidelines by the infectious diseases society of america for the treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus infections in adults and children: executive summary. Clin. Infect. Dis. 52, 285–92 (2011).
4. Ozekinci, T. et al. Panton-valentine leukocidin in community and hospital-acquired staphylococcus aureus strains. Biotechnol. Biotechnol. Equip. 28, 1089–1094 (2014).
5. Goldmann, O. & Medina, E. Staphylococcus aureus strategies to evade the host acquired immune response. International Journal of Medical Microbiology (2017). doi:10.1016/j.ijmm.2017.09.013 6. Tenover, F. C. & Goering, R. V. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus strain USA300: Origin and
epidemiology. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 64, 441–446 (2009).
7. Bartels, M. D., Boye, K., Rhod Larsen, A., Skov, R. & Westh, H. Rapid increase of genetically diverse methicillin-resistant Staphylococcus aureus, Copenhagen, Denmark. Emerg. Infect. Dis. 13, 1533–40 (2007).
8. Sabat, A. J. et al. Complete-genome sequencing elucidates outbreak dynamics of CA-MRSA USA300 (ST8-spa t008) in an academic hospital of Paramaribo, Republic of Suriname. Sci. Rep. 7, (2017). 9. Strauß, L. et al. Origin, evolution, and global transmission of community-acquired Staphylococcus
aureus ST8. Proc. Natl. Acad. Sci. 114, E10596–E10604 (2017).
10. Mekonnen, S. A. et al. Signatures of cytoplasmic proteins in the exoproteome distinguish community- and hospital-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus USA300 lineages. Virulence 1– 17 (2017). doi:10.1080/21505594.2017.1325064
11. Widjaja, M. et al. Elongation factor Tu is a multifunctional and processed moonlighting protein. Sci. Rep. 7, (2017).
12. Wang, G. et al. The roles of moonlighting proteins in bacteria. Current Issues in Molecular Biology 16, 15–22 (2014).
13. Guerra, F. E., Borgogna, T. R., Patel, D. M., Sward, E. W. & Voyich, J. M. Epic Immune Battles of History: Neutrophils vs. Staphylococcus aureus. Front. Cell. Infect. Microbiol. 7, (2017).
14. Surewaard, B. G. J. et al. Staphylococcal alpha-phenol soluble modulins contribute to neutrophil lysis after phagocytosis. Cell. Microbiol. 15, 1427–1437 (2013).
15. Pader, V. et al. Staphylococcus aureus inactivates daptomycin by releasing membrane phospholipids. Nat. Microbiol. 2, 16194 (2016).
16. Darling, A. C. E., Mau, B., Blattner, F. R. & Perna, N. T. Mauve : Multiple Alignment of Conserved Genomic Sequence With Rearrangements Mauve : Multiple Alignment of Conserved Genomic Sequence With Rearrangements. Genome Res. 14, 1394–1403 (2004).
17. Otto, M. Basis of virulence in community-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Annu. Rev. Microbiol. 64, 143–162 (2010).
18. Wielders, C. L. C. et al. Evidence for in-vivo transfer of mecA DNA between strains of Staphylococcus aureus. Lancet 357, 1674–1675 (2001).
145
A
19. Sabat, A. J. et al. Overview of molecular typing methods for outbreak detection and epidemiological surveillance. Euro Surveill. Bull. Eur. sur les Mal. Transm. = Eur. Commun. Dis. Bull. 18, 20380 (2013). 20. Croxatto, A., Prod’hom, G. & Greub, G. Applications of MALDI-TOF mass spectrometry in clinical
diagnostic microbiology. FEMS Microbiology Reviews 36, 380–407 (2012).
21. Singhal, N., Kumar, M., Kanaujia, P. K. & Virdi, J. S. MALDI-TOF mass spectrometry: An emerging technology for microbial identification and diagnosis. Frontiers in Microbiology 6, (2015).
22. Hoekstra, H. et al. A human monoclonal antibody that specifically binds and inhibits the staphylococcal complement inhibitor protein SCIN. Virulence 1–13 (2017). doi:10.1080/21505594.2017.1294297
146
Biography
Solomon Mekonnen was born on the 15th of March 1984 in Ambo, Ethiopia. From 2006
to 2009, he studied Medical Laboratory Technology at Jimma University, Ethiopia, for which he obtained his BSc. Subsequently, he obtained his MSc in Applied Genetics at Addis Ababa University, Ethiopia, where he studied under the supervision of Prof. Kassahun Tesfaye (2011-2014). He also obtained an MSc in Medical and Pharmaceutical Drug Innovation at the University of Groningen, the Netherlands, where he studied under the supervision of Dr. Guido Krenning and Prof. Frank Dekker (2012 - 2014). From 2014-2018, he performed PhD research at the Department of Medical Microbiology of the University of Groningen, the Netherlands, under the supervision of Prof. Jan Maarten van Dijl, and in the Center for Functional Genomics of Microbes of the University of Greifswald, Germany, under the supervision of Prof. Uwe Völker. Accordingly, he obtained a double PhD degree from both Universities. From 2018 onwards, he will be a post-doctoral fellow at the University of California at Davis, USA, under the supervision of Prof. Maria L. Marco.
147
A
List of publications
1) Mekonnen, SA et al. Metabolic niche adaptation of community- and hospital-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus (Manuscript submitted for publication).
2) Mekonnen, SA et al. Prolonged intra-neutrophil survival as an adaptive strategy of Staphylococcus aureus USA300 in the hospital environment (Manuscript submitted for publication).
3) Mekonnen, SA et al. Signatures of cytoplasmic proteins in the exoproteome distinguish community and hospital-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus USA300 lineages. Virulence 8: 891-907 (2017).
4) Mekonnen, SA. et al. O-5S quantitative real-time PCR: A new diagnostic tool for laboratory confirmation of human onchocerciasis. Parasites and Vectors 10, (2017). 5) Leus NG, van den Bosch T, van der Wouden PE, Krist K, Ourailidou ME, Eleftheriadis N, Kistemaker LE, Bos S, Gjaltema RA, Mekonnen SA, Bischoff R, Gosens R, Haisma HJ, Dekker FJ. HDAC1-3 inhibitor MS-275 enhances IL10 expression in RAW264.7 macrophages and reduces cigarette smoke-induced airway inflammation in mice. Sci. Rep. 7, (2017).
148
Acknowledgements
The journey of my PhD study would not have come to an end at this time without the support, courage, and love of many people who were around me. I would like to deeply express my gratitude to those who made this thesis possible.
I am very glad that I experienced two different laboratories, and I had not only one but two great supervisors. Thank you Prof. Jan Maarten van Dijl and Prof. Uwe Völker for giving me the opportunity to do my PhD in your laboratories and for letting me grow as an independent researcher.
Dear Jan Maarten, it is a great honour and pleasure working with you. You were really a great mentor, advisor and sometimes a friend with whom you can discuss science and personal life. Your positive attitude and the freedom you gave me made my PhD journey enjoyable. I gained the experience of making a sensible story out of data and writing manuscripts. Thank you very much for keeping your doors open to answer my questions all the time. I also have enjoyed the many cups of tea that you offered me during my personal meetings with you. I will always remember the great times we shared at several conferences. I could not wish for a better supervisor.
Dear Uwe, thank you for your constant support and encouragement during my study. I am also very thankful for your time to discuss my project and to give me constructive feedback on my manuscripts despite your tight schedules. Thank you for your positive yet critical views and comments. You have been supportive not only to my scientific carrier but also my personal life.
My sincere gratitude to the members of my thesis assessment committee, Prof. Friedrich Götz, Prof. Jos van Strijp, Prof. Jan Kok, and Prof.John W. A. Rossen. I thank you for the time and effort you put into reading and approving my thesis.
My special thanks to my paranymphs, Suruchi and Laura. Thank you for being my support at this special moment. Suruchi, you were the one with whom I shared my happiness and worries. Thank you for our many interesting conversations, for your advices and great friendship. I will always remember your friendliness and hope to keep in touch in the future. Laura, we shared not only paper authorships, but also a lot of great memories of lab work, conferences, and social events. It is always fun to have discussions with you. Most of the time we disagreed, but agreed to disagree at the end. I wish you both all the best for wrapping up and defending your thesis.
149
A
The support of colleagues from the MolBac lab was so priceless. Many thanks to Eleni for introducing me to the MolBac and the nice collaborative work. Tima, my friend, you were the one with whom I always enjoyed speaking and discussing my thoughts without any hesitation. The (non)scientific discussions we had were glamorous. Thanks for being such a nice friend, and for all the crazy times we shared in and outside the lab. Bimal, it is really great to share time with you, especially because I enjoyed your challenging conversations on any subject matters. Thank you for the lively discussions and the social events we had together. Many thanks for your help in designing my thesis cover too. Stefano, you are a cheerful and friendly colleague. My appreciation for the interesting discussions and helping me solve my problems. It was a pleasure to chat and chill out with you whenever we had the chance, especially the whisky nights . GG (Giorgio), teasing and sarcastic man, thank you for our nice conversations. I have always admired your kindness and warm heart. Jolien, you are a great person, cheerful and helpful. Thank you very much for the discussions, the many tea breaks, and your company during my stay in Greifswald. Margarita, it was great talking to you, and you always brought me a good mood when you talked to me. Xin, thank you for the good times we had and for hosting me during my visit to Groningen after I left the Netherlands. Andrea, Corinna, Dennis, Francisco, Jolanda, Monika, Nana Ama, Rense, Rocio, Sjouke, and Yaremit thank you for the help and advice. Elisa, Lïse, and Mafalda thanks for the nice collaboration. I am extremely grateful to Rita for her support in translating and correcting my Dutch summary, and hosting our MolBac parties at your place. Thank you all MolBac members for the Christmas dinners and lab outings!
Anne, thank you for generously sharing your knowledge and passion. You have taught me a great deal of data analysis. I am very thankful for your replies to my so many email questions. Hermie, it was a pleasure to have you in our Tuesdays meetings for fruitful discussions. Your microbiome group was really inspirational to me. Girbe, thank you for the many very useful suggestions and discussions. Many thanks to my students Marco and Andrea for the hard work and helping me develop a mentoring skill. Best of luck for your future career.
Dear Marco, Guido, Jan-Renier, Frank, Niek, and Kassahun, the training and guidance that you gave me during my Master’s internships have positively impacted on me to pursue further academic training. I am very thankful for all your help, support and advice during my stays in your laboratories.
My heartfelt thanks to my Ethiopian friends in Groningen, Addisu, Abera, Azmeraw, Balewgize, Biniyam, Derbew, Eden, Fasil, Misghina, Saron, Tadesse, and Yeshambel. My
150
special thanks go to Wondwossen and Fitsum, who were always with me to support me in whatever way. Thank you guys for the cool barbeques, parties, discussions and all the great times.
I am also thankful to all members of FunGene for their support. Anna, Beatrice, Christian, Denise, Henrike, Maren, Petra, Sascha, and Tanja. Thank you all for your support with my experiments and sharing your protocols with me. Kristin, thank you for your kindness, discussions, and support. A big thank you for reading my thesis introduction too. Stephan, thank you so much for your valuable ideas, support, and help with the proteomics data analysis. Leif, thank you very much for all the arrangements with the transfusion medicine to get me blood and serum samples for my study. Vishnu Dhople and Manuela thank you very much for the MS measurements and discussions. I am thankful to my ‘office’ mate Christoph. Thank you, man, for being there with me and for the chats we had and support. My special thanks to Ulrike, Alex, Marc, Herman, Janine and Anja for your support during my experiments and discussions. Lars, thank you for the IT support whenever I needed it.
Ms. Katrin Stark, Mathilda, and Sylvia many thanks for all the administrative assistance right from getting me a rental room to handling many other German paper works. A big thanks to colleagues working in other groups at the C-FunGene, Alejandro, Minia, Mohammed, Murthada, Niamatullah, Nikolai, and Richael. I really appreciate all the discussions we had and the conference trips. Thank you for your support and help during both good and bad times be it science-related or outside the work. I would also like to thank my fellow PhD students of the RTG1870 consortium for their scientific discussions and the social events that we had together. I wish you all the best with your projects and scientific careers.
Special thanks to my family. ይድረስ እጅግ የከበረው ምስጋናዬ ለአባቴ ለአቶ አበራ መኮንንና ለእናቴ ለወ/ሮ ብዙነሽ መንገሻ። ዉድ ቤተሰቦቼ ፥ በዚያ አዳጋች የህይወት ዉጣውረድ ዉስጥ አሳድጋችሁና አስተምራችሁ ለዚህ ስላበቃችሁኝ እጅግ በጣሙን አመሰግናችኇለሁ። በዚህ ረጅም የህይወትና የትምህርት ጉዞ ዉስጥ ለለገሳችሁኝ ምክር ፥ ድጋፍና ፍቅር ፥ በዘወትር ፀሎታችሁ ስላሰባችሁኝ ፈጣሪ ያስባችሁ። ቀሪዉ ዘመናችሁ የፍቅር ና የተባረከ ይሁንላችሁ። ፈጣሪ እድሜና ጤናውን አብዝቶ አብዝቶ ይስጣችሁ። በመቀጠል በዙሪያዬ ለነበራችሁና ላበረታታችሁኝ እንዲሁም ፍቅር ለሰጣችሁኝ ዘመዶቼ በሙሉ በተለይም ፥ ሠናይት ፥ መሰረት ፥ ታምራት ፥ ወርቋ ፥ ሜሮንና ሠላም ከነመላዉ ቤተሰቦቻችሁ ምስጋናዬ ከምንም የላቀ ነዉ። መጪዉ የህይወት ዘመናችሁ ይባረክ ዘንድ ምኞቴ ነዉ። ለባለቤቴ ቤተሰቦች በሙሉ በተለይም ለወ/ሮ ወርቄ ፥ ራሄል ፥ ቃልኪዳን ና ሠላም ብርታት ስለነበራችሁኝና የዕኔን በቅርብ አለመኖር ተገንዝባችሁ ልጆቼን ስለተንከባከባችሁልኝ በጣሙን አመሠግናችኋለሁ። መልካሙን ሁሉ እመኝላችኋለሁ።
151
