Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "BacTyriAL: Ontwikkeling van een nieuwe therapie voor erfelijke tyrosinemie type 1 met behulp van in vitro herontworpen bacteriële tyrosine ammonialyase enzymen" "Joery De Kock" "Farmaceutische en Farmacologische Wetenschappen" "FWO Aspirant Mandaat + benchfee Promotor: Joery De Kock" "Het ontsluiten van het bacteriële domein voor industriële biotechnologie toepassingen: Ontwikkelen van genetische circuits voor stabiele en gecontroleerde expressie over bacteriën heen" "Het ontbreken van uitgebreide en gestandaardiseerde genetische onderdelen en hulpmiddelen om genexpressie en dergelijke te beheersen zodanig dat soorten voorspelbaar vanuit het gehele bacteriedomein worden ontwikkeld, is een belangrijk knelpunt voor industriële biotechnologie (IB). Als gevolg hiervan, bij het selecteren van de voorkeursproductiehost, biotechnologische ingenieurs beperken zich over het algemeen tot bekende werkpaarden, zoals E. coli en S. cerevisiae. De keuze voor een niet-optimale productiehost is echter het startpunt voor uitgebreide engineering resulteert uiteindelijk in nog langere ontwikkeltijden en bijbehorende kosten tot, bijvoorbeeld, een problematische stroomafwaartse verwerking. Deze problemen kunnen echter grotendeels op verstandige wijze worden opgelost het selecteren van de geprefereerde productie-hosts, gebruikmakend van de enorme heterogeniteit van de bacterieel domein. Daarom is het doel van dit onderzoeksvoorstel de ontwikkeling van een crossbacterieel middel expressiesysteem (CBES) dat kan worden gebruikt voor het reguleren van genexpressie over bacteriële soorten. Als zodanig zou dit systeem de beperking op het gebruik van bekende productiegastheren in IB afschaffen en toestaan ​​om product- en procesgepaste productiegastheren te gebruiken. Hier, genetische circuits om te stabiliseren de uitdrukking van de CBES-modules, wat een belangrijke vereiste is om het te vergelijken prestaties in verschillende gastheren en onder verschillende omgevingscondities zullen worden ontwikkeld. Vervolgens zal de CBES worden gevalideerd in verschillende bacteriële gastheren met aansprekende kenmerken met het oog op IB toepassing." "Modulatie van bacteriële hechting in infectieuze endocarditis : invloed van verschillende conduitweefsels bij rechterventrikeloutflowtract-revalvulatie en bacteriële oppervlaktemoleculen onder shear stress." "Ruth Heying" "Cardiovasculaire Ontwikkelingsfysiologie" "In dit voorstel willen we begrijpen hoe de onderliggende klep-conduitweefsels het begin van IE wijzigen met betrekking tot bacteriële adhesie en daaropvolgende ontsteking. Een betere kennis van dit mechanisme is gericht op een therapeutische toepassing om het IE-risico geassocieerd met revalvulatie te verminderen." "Bacteriële invasie-ecologie in microbiële biofilms vastgelegd met time-lapse microscopie. De bacteriële strijd verfilmd." "Benjamin Horemans" "Bodem- en Waterbeheer" "Dit project gebruikt timelapse imaging om het invasieproces in microbiële biofilms te visualiseren om zowel het belang van selectie als dispersie tijdens invasie te testen." "Cellulose vergaard uit afval en bacteria verwerkt via electro-spinnen voor continu vezelversterkte 3D geprinte composieten" "Aart Willem Van Vuure" "Structurele Materialen (SCALINT), Luxembourg Institute of Science and Tech, Univerza v Mariboru, Technische Universität Graz" "Het natuurlijke vezelpotentieel als versterking in composieten wordt beperkt door hun inherente eigenschappen (bijv. vochtopname) en variabiliteit (mechanische eigenschappen zijn zelfs voor dezelfde soort verschillend). Continu versterkend garen wordt gebruikt bij 3D-printen, wat zorgt voor meer sterkte en stijfheid. Voor continue, met natuurlijke vezels versterkte filamenten, moeten vezels worden gedraaid om de integriteit van het garen te behouden, waardoor de mechanische eigenschappen van het composiet als gevolg van verkeerde uitlijning van de vezels worden verminderd. BioCell3D stelt de integratie voor van een uitgelijnde versterking op basis van cellulose voor continu 3D-printen van vezels door onze eigen technische natuurlijke vezel te creëren met een hiërarchische organisatie en verbeterde fysieke eigenschappen. Continue versterking zal worden verkregen door elektrospinning van cellulosederivaten en bacteriële cellulose. Het project heeft tot doel een ""groene"" additieventechnologie voor 3D-printen te ontwikkelen voor geavanceerde structurele toepassingen, om zo bij te dragen aan de wettelijke vereisten voor recycleerbaarheid." "Ontvangst Argentijnse onderzoeker Dr. Luciana Gabriela Ruiz Rodriguez : Exploring the microbial diversity of lactic and acetic bacteria in exotic fruits from the Northern Region of Argentina for the production of health-promoting and/or industrially-relev" "Luc De Vuyst" "Toegepaste Biologische Wetenschappen" "Exploring the microbial diversity of lactic and acetic bacteria in exotic fruits from the Northern Region of Argentina for the production of health-promoting and/or industrially-relevant metabolites" "Een nieuwe speler in persistentie: Hoe eiwitaggregatie bacteriën in staat stelt een antibioticumbehandeling te overleven" "Jan Michiels" "Microbiële en Plantengenetica (CMPG)" "De laatste tijd realiseren we ons dat bacteriële infecties een steeds grotere bedreiging vormen door de ontwikkeling van antibioticumresistentie. Daarnaast zijn zelfs infecties met gevoelige stammen vaak moeilijk te bestrijden door de aanwezigheid van zogenaamde persistors. Persistors zijn dormante bacteriën die tolerant zijn voor de werking van antibiotica. Er is momenteel onvoldoende begrepen omtrent de fysiologie van deze persistors, de manier waarop ze gevormd worden en hoe ze terug ontwaken. Nochtans zou een diepgaand inzicht in persistentie kunnen leiden tot een verbeterde behandelingsstrategie en -uitkomst. In het huidige project gaan wij dieper in op deze dormante bacteriën. Hierbij zullen we ons niet enkel richten op persistors, maar ook op andere dormante cellen zoals VBNC’s. We zullen focussen op de rol van eiwitaggregatie in het induceren van dormantie en persistentie. Recent werd gesuggereerd dat eiwitaggregaten hierin een belangrijke rol spelen, maar elk mechanistisch inzicht ontbreekt voorlopig. Ons onderzoek zal niet alleen blootleggen hoe eiwitaggregatie tot dormantie leidt, maar zal ook een regulatorisch mechanisme voor aggregatie karakteriseren en weergeven hoe bacteriën hun dormante toestand kunnen verlaten om groei te hervatten en infecties te doen opflakkeren. De analysen zullen gebaseerd zijn op proteïne overexressie, hoge doorvoer CRISPR analyse en single cell metingen, waarvoor we de mother machine gebruiken. Verworven inzichten zijn niet alleen van groot fundamenteel belang in het begrijpen van dormantie, maar kunnen ook als basis dienen voor de ontwikkeling van anti-persistor therapieën." "Comparatieve genomica van pathogene bacteriën" "Vera van Noort" "Dier en Mens (A2H), Microbiële en Plantengenetica (CMPG)" "Omics-technieken en bio-informatica analyses zijn een integraal onderdeel van modern biologisch onderzoek geworden. In dit proefschrift focussen we op hun toepassing in de microbiologie, meer bepaald het domein van bacteriën en hun virussen (fagen). Het voorgestelde werk kan ruwweg verdeeld worden in drie componenten: i) de ontwikkeling van nieuwe bio-informatica methoden mogelijk gemaakt door de introductie van long read sequencing technologieën, ii) het karakteriseren van bacteriën met klinische en milieugebonden relevantie op niveau van het genoom en evolutie, en iii) een exploratie van de determinanten van bacterie/faag interactie door een combinatie van omics- en gastheerdata-analyses.In het eerste onderdeel bespreken we twee nieuwe bio-informatica toepassingen die gebruikmaken van long read sequencing. Deze technologieën stellen ons in staat DNA-moleculen van meerdere duizenden (tot wel miljoenen) basenparen lang te sequeneren. In hoofdstuk 2 beschrijven we een methode om de samenstelling van synthetische DNA-bibliotheken, die combinatorisch zijn samengesteld uit individuele DNA-bouwstenen op te lijsten door middel van “one pot” assembly. Het gebruik van Nanopore sequencing laat een kwaliteitscontrole van zulke bibliotheken toe. Deze vindt meteen na de in vitro aanmaak van de bibliotheek plaats en voor het gebruik ervan in daaropvolgende toepassingen. Het kan mogelijke bias in de samenstellingsreactie of problemen met de gebruikte collectie van individuele DNA-bouwstenen benadrukken.Daarna wenden we ons tot bacteriële genoom assemblage, een cruciale stap in de reconstructie van genomen uit sequentie data. Assemblages gebaseerd op ""short read sequencing"" schieten altijd tekort in hetreconstrueren van de volledige set van (gesloten) replicons in bacteriën. Er wordt dan ook naar verwezen als “draft assemblies” omdat deze verdere inspanning vereisen om volledig te voltooien. Grootschalige sequencing inspanningen op basis van ""short read"" technologieën hebben geleid tot de accumulatie van honderdduizenden bacteriële draft genomen in publieke databases. In hoofdstuk 3 introduceren we SASpector, een software paket dat draft en voltooide assemblages vergelijkt en ontbrekende regio's in draft assemblages identificeert. SASpector kan gebruikt worden om de oorzaken van ontbrekende regio’s en hun invloed op annotatie te onderzoeken.In het tweede luik passen we een combinatie van ""short"" en ""long read sequencing"" technieken toe op verscheidene bacteriën om hun genetica en fylogenomische positie te bepalen. In hoofdstuk 4 introduceren we hybride assemblage om het genoom van de Bacillus thuringiensis HER1410 stam, gastheer van model Betatectiviridae faag Bam35, volledig te reconstrueren. De combinatie van sequencing technieken laat ons toe alle replicons van dit isolaat te sluiten. Dit wordt gevolgd door een uitvoerige genomische analyse die de aanwezigheid van twee mega plasmiden benadrukt en een structurele variatieanalyse die de aanwezigheid van een integreerbare plasmidische profaag, met flgK als integratiesite, aantoont.In hoofdstuk 5 analyseren we een longitudinale serie van Burkholderia multivorans isolaten die meerdere mucoviscidosepatiënten in Belgische ziekenhuizen infecteerden. In samenwerking met het Nationaal Referentie Centrum voor Burkholderia onthullen we de eerste gekende endemische stam voor dit species en tonen we aan dat er veel meer stamdiversiteit tussen patiënten is dan geanticipeerd. Een combinatie van Illumina en Nanopore sequencing technologiën laten ons toe om in veel detail de genomische variaties tussen verschillende isolaten te bestuderen en tonen variaties aan die niet gevonden werden met Illumina sequencing alleen. Ten slotte wordt aangetoond dat de specifieke genetische achtergrond van de stam ten dele het evolutionair traject van adaptatie aan de mucoviscidoselongen voorschrijft.In hoofdstuk 6 stellen we een bacterieel taxonomisch werk voor dat zijn oorsprong vindt in een rpoD-gebaseerde screen die eerder ontwikkeld is in samenwerking met onze onderzoeksgroepen. Het rpoD gen heeft een groter onderscheidend vermogen dan het 16S rDNA gen en staat ons toe nieuwe kandidaatspecies van Pseudomonas te benadrukken. In dit stuk worden 43 nieuwe Pseudomonas sp.  beschreven, een significante uitbreiding van de catalogus van gekende species binnen dit genus. De organisatie van groepen binnen dit genus wordt ook besproken, en we stellen een herclassificatie van bestaande (niet type-)stammen voor. Uiteindelijk stellen we een nieuwe segmentering van de P. putida groep voor,gebaseerd op de verdeling van de cyclische lipopeptiden biosynthesegencluster.In het derde luik van dit proefschrift schenken we aandacht aan de interacties tussen fagen en hun bacteriële gastheren. We beginnen in hoofdstuk 7 met Pseudomonas virus PA5oct, een modelvirus met een groot genoom van 287 kbp, dat accurater werd geannoteerd dan voormalige state-of-the-art door gebruik te maken van RNA-seq en massaspectrometrie data. PA5oct blijkt niet georganiseerd te zijn in aaneengesloten regio’s van temporele transcriptie, maar enkele vroege functies kunnen onderscheid worden. Daarenboven laat RNA-seq annotatie toe van i) vier niet-coderende DNA-regio’s met hoge transcriptieniveaus tijdens infectie , ii) andere regio’s van de faag die schijnbaar amper transcriptie ondergaan tijdens infectie, wat leidt tot vragen over hun bruikbaarheid. Tot slot gebruiken we een ""gene-sharing network"" aanpak om dit isolaat te relateren aan andere gekende jumbofagen.Vervolgens analyseren we CRISPR-Cas, een gekend genetisch verdedigingssysteem gebruikt door de bacterie om faaginfectie te voorkomen. We tonen in hoofdstuk 8 aan dat Pseudomonas aeruginosa stammen uitgerust met CRISPR-Cas gemiddeld gezien kleinere genomen hebben dan deze zonder en onderzoeken hoe de populatiestructuur van een species deze relatie beïnvloedt. Deze impact wordt dan verder gestratificeerd door co-gelokaliseerde antiCRISPR-eiwitten in het genoom in overweging te nemen. Bovendien observeerden we een paradoxale associatie is tussen de aanwezigheid van het systeem en de waarschijnlijkheid dat een bacterie geïnfecteerd kan worden door diverse Pseudomonas fagen. Deze observatie is gelinkt aan een systematische depletie van andere verdedigingssysteemgenen op stammen met CRISPR-Cas waarbij we aantonen dat deze verdedigingssysteemgenen geassocieerd zijn met genomische eilanden.De P. aeruginosa populatie bezit een extensief pangenoom, dat de uitgebreide genomische diversiteit tussen de stammen in het species weerspiegelt. In hoofdstuk 9 bouwen we modellen om faagsusceptibiliteit te voorspellen binnen P. aeruginosa door toepassing van ""supervised machine learning"" technieken. We gebruiken de accessoire genclusters bepaald tijdens de pangenoom analyse als “bag-of-genes” attributen en trainen classificatiemodellen met zowel ``black box'' als ``white box'' algoritmes waaronder SVM en random forests. We bekwamen een accuraatheid van 80% met een F1-score van 69% in het voorspellen van susceptibiliteit met SVM en stellen verdere introspectie van de white box modellen voor om via het belang van attributen kandidaatgenen naar voren te schuiven die potentieel gelinkt zijn aan faaggevoeligheid.In het perspectief hoofdstuk 10 bespreken we verschillende machine learning methoden die toegepast zijn op de studie van faag/bacterie interactie en evalueren we het type data en voorspellende eigenschappen die beschikbaar zijn om zulke ML modellen te trainen. Een meerlagig ML model in drie lagen wordt ook voorgesteld, waar elke laag ontworpen is om de biologie van faag/bacterie interacties te reflecteren. Dit model zou in de toekomst toegepast kunnen worden om faagsusceptibiliteit te voorspelen en ""digitale fagogrammen"" te produceren.Tot slot bespreken we in een tweede perspectief hoofdstuk 11 de huidige beperking van de samenstelling van therapeutisch faagcocktails zoals gebruikt in klinische studies en casusseries. De combinatie van fagen in cocktails gebeurt vaak empirisch en zonder expliciete ontwerpregels. Echter, gezien de vraag voor zulke producten, in de toekomst gebaat bij datagedreven methoden, naast de aanmaak van faagbanken en geautomatiseerde gastheerbereik assays. We beschrijven hier een implementatie van het ""minen"" van associatieregels op basis van faag/bacterie gastheerbereik datasets en tonen aan dat deze aanpak positieve en negatieve associaties tussen fagen detecteert.Alles tezamen genomen benadrukt het gepresenteerde werk in dit proefschrift nieuwe mogelijkheden in het veld van microbiële genomica. Eerst focusten we op long read sequencing en de daardoor mogelijk geworden nieuwe bio-informatica analyses. Vervolgens keken we naar de manieren waarop deze technologie gebruikt kan worden om nieuwe inzichten in de genomen van microben te leveren. Tot slot verlegden we de focus naar faag/bacterie interacties en toonden we associaties aan tussen faaggevoeligheid en genomische die hierbij van belang zijn." "Dynamica en differentiërende capaciteit van stress-geïnduceerde proteïne aggregaten in bacteriën" "Abram Aertsen" "Levensmiddelen- en Microbiële Technologie (CLMT)" "Gezien het fundamenteel belang van de proteïnehuishouding in cellulaire fysiologie en het gebruik van proteotoxische stressen in de strijd tegen bacteriële pathogenen (van voedselconservering tot antimicrobiële therapie) is er dringend nood aan een grondiger begrip van de cellulaire omgang en impact van proteïneaggregaten (PAs). Gebruikmakend van Escherichia coli als een vlot manipuleerbaar en relevant modelsysteem voor zowel elementaire (prokaryote) cellen als bacteriële pathogenen, stelt dit project voor om te onderzoeken (i) in welke mate E. coli de dynamiek van intracellulaire PAs kan beïnvloeden of orkestreren, (ii) in welke mate de aard van (en tijd na) een proteotoxische stress instructief kan zijn voor de compositie en intracellulaire dynamiek van de resulterende PAs, en (iii) in welke mate de samenstelling en dynamica van PAs een fenotypisch differentieerbare impact kan hebben op cellen en populaties." "Ophelderen van het bacterieel exoskeleton: functionele en structurele characterisatie van de Bacillus anthracis S-laag" "Antonella Fioravanti" "Toegepaste Biologische Wetenschappen" "S-layers zijn parakristalijne eiwitstructuren die het celoppervlak bedekken van veel Bacteria en bijna alle Archaea. Hoewel ze tot de meest voorkomende biopolymeren op aarde behoren blijven ze tot op heden een biologisch enigma. Recent toonde ik, tijdens de ontwikkeling van S-layer verstorende nanobodies (NbsDS) als biologische werktuigen om S-layer polymerisatie te controleren, voor de eerste keer de rol van S-layers als exoskelet aan. Actieve verbreking van dit exoskelet leidt tot defecten in cel-integriteit. In vivo studies toonden het therapeutisch potentieel van deze Nbs tegen Slayer bevattende pathogene bacteriën zoals Bacillus anthracis. B. anthracis, de etiologisch drager van anthrax, is een interessant modelorganisme om S-layers te bestuderen: twee elkaar uitsluitende S-layers, Sap en EA1, worden groeifase-afhankelijk na elkaar gevormd. Bouwend op deze nieuwe bevindingen en technologie wil ik nu, in een interdisciplinair project (1) de moleculaire en dynamische mechanismen onderzoeken die S-layer vorming en hermodellering drijven, als antwoord op ontwikkelings- en omgevingssignalen, in functie van celcyclus, infectie en stress; en (2) de pas ontdekte exoskelet-rol verder onderzoeken. De resultaten van deze studie zullen fundamentele inzichten verwerven in de biologische functie van S-layers en de basis vormen voor het ontwerp van nieuwe therapieën tegen S-layer dragende bacteriën die het probleem van multi-drugresistentie door efflux-mechanismen ontwijken"