Nematode surface properties and genetics, drug sensitivity and bacterial infection

线虫表面特性和遗传学、药物敏感性和细菌感染

基本信息

  • 批准号:
    MR/J001309/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 237.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2012 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The external surface of an animal is a major determinant of how it interacts with its surroundings. Maintaining surface integrity is essential for normal development and survival, so the surface layers provide essential protection, but they also constitute a vulnerable area for attack by pathogens. We are examining how bacteria infect the outside of an animal, and we use bacterial infections to determine how the outermost layers of this animal develop and maintain a permeability barrier. We are also studying what these outer layers are made of, and how the animal responds and defends itself against bacterial infection. We make use of a very simple animal called C. elegans, a tiny nematode worm which normally lives in the soil. This worm has provided a phenomenally useful laboratory system for studying many different biological and medical problems, and consequently well over 500 research groups around the world now use it as an experimental system. Some of its experimental advantages are that it is very cheap and easy to grow, with a 3 day generation time allowing for rapid genetic experiments, and it is wholly transparent, so that development and disease can be looked at directly in the living animal. Latterly, it has been increasingly used for studying processes of bacterial and fungal disease. We have discovered several natural bacterial strains which either damage or efficiently kill C. elegans worms, by infecting the outside of the animal. Using these bacteria, we can select for genetically altered worms that are resistant to infection, and have found dozens of genes that are involved in the first (infection) or subsequent steps in disease. Many of these genes turn out to be needed to make the impermeable surface coat of the worm, and they provide us with a route to establish what constitutes this outer layer, and how the pathogenic bacteria can attach to it. Other genes are involved in later disease stages, and provide information on how the presence of pathogenic bacteria is detected, and what kind of antibacterial defenses are used. Part of the worm's defense response involves a striking enlargement of certain cells within the animal. Studying the molecular mechanism of how these cells swell up provides basic insight into how cells can change their shape and size during normal development. There are additional practical reasons for looking at permeability and infection in this animal. One reason is that the worm provides an easy way of screening for new antibiotics and drugs. Because the animals are so small and so easily handled, it is possible to test hundreds or thousands of candidate drugs for effects, much more cheaply, speedily and ethically than by using mice, for example. Novel antibiotics and anti-ageing drugs, and compounds that would ameliorate Alzheimer or Parkinson disease, are being sought by this means. However, many candidate drugs that would work on humans are likely to be ineffective in C. elegans, because they fail to permeate into the animal. This problem may be overcome by using some of the mutant worms we work with, because their surfaces are leaky and consequently they are much more sensitive to drug treatments. We intend to develop a range of drug-sensitive worm strains that will greatly increase the scope of these drug screens. A second reason is that many nematode species of nematode are important plant and animal parasites, of great economic importance in agriculture and forestry, and some are significant human pathogens, especially in the developing world - at least a billion people suffer from nematode infections. Examining the vulnerabilities of C. elegans, a conveniently harmless and non-parasitic nematode, to nematode-specific pathogens, may offer new routes to biological or chemical control of nematodes. There is a severe lack of good anti-nematode drugs, both in medicine and in agriculture.
动物的外表面是它如何与周围环境相互作用的主要决定因素。保持表面完整性对正常发育和生存至关重要,因此表面层提供了必要的保护,但它们也构成了病原体攻击的脆弱区域。我们正在研究细菌是如何感染动物的外部的,我们使用细菌感染来确定这种动物的最外层是如何发展和维持渗透性屏障的。我们还在研究这些外层是由什么组成的,以及动物如何应对和保护自己免受细菌感染。我们利用一种叫做C的简单动物。线虫,一种通常生活在土壤中的微小线虫。这种蠕虫为研究许多不同的生物和医学问题提供了非常有用的实验室系统,因此世界各地的500多个研究小组现在将其作为实验系统。它的一些实验优势是非常便宜且易于生长,3天的世代时间允许快速遗传实验,并且它是完全透明的,因此可以直接在活体动物中观察发育和疾病。最近,它已越来越多地用于研究细菌和真菌疾病的过程。我们已经发现了几种天然的细菌菌株,它们可以破坏或有效地杀死C。elegans蠕虫,通过感染动物的外部。使用这些细菌,我们可以选择对感染有抵抗力的基因改变的蠕虫,并且已经发现了数十个与疾病的第一步(感染)或后续步骤有关的基因。这些基因中的许多基因被证明是制造蠕虫不渗透的表面涂层所必需的,它们为我们提供了一条途径,以确定是什么构成了这一外层,以及致病菌如何附着在上面;其他基因则参与了疾病的后期阶段,并提供了如何检测致病菌的存在以及使用何种抗菌防御措施的信息。蠕虫的部分防御反应包括动物体内某些细胞的显著增大。研究这些细胞如何膨胀的分子机制提供了细胞如何在正常发育过程中改变其形状和大小的基本见解。在这种动物中观察渗透性和感染还有其他实际原因。原因之一是这种蠕虫提供了一种筛选新抗生素和药物的简单方法。因为动物很小,很容易处理,所以有可能测试数百或数千种候选药物的效果,比使用老鼠更便宜,更迅速,更道德。人们正在通过这种方法寻找新的抗生素和抗衰老药物,以及改善阿尔茨海默病或帕金森病的化合物。然而,许多对人类有效的候选药物可能对C.因为它们无法渗透到动物体内。这个问题可以通过使用我们研究的一些突变蠕虫来解决,因为它们的表面是有漏洞的,因此它们对药物治疗更加敏感。我们打算开发一系列对药物敏感的蠕虫菌株,这将大大增加这些药物筛选的范围。第二个原因是许多线虫是重要的植物和动物寄生虫,在农业和林业中具有重要的经济意义,有些是重要的人类病原体,特别是在发展中国家-至少有10亿人患有线虫感染。分析了C.线虫(elegans)是一种对线虫特异性病原体无害的非寄生性线虫,可为线虫的生物或化学防治提供新的途径。在医学和农业上,都严重缺乏良好的抗线虫药物。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
From pathogen to commensal to probiotic: modification of Microbacterium nematophilum-C. elegans interaction during chronic infection by the absence of host insulin signalling
从病原体到共生菌再到益生菌:嗜线微杆菌-C 的修饰。
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gravato-Nobre M
  • 通讯作者:
    Gravato-Nobre M
Caenorhabditis microbiota: worm guts get populated.
  • DOI:
    10.1186/s12915-016-0260-7
  • 发表时间:
    2016-05-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Clark LC;Hodgkin J
  • 通讯作者:
    Hodgkin J
Serotonergic chemosensory neurons modify the C. elegans immune response by regulating G-protein signaling in epithelial cells.
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Anderson A;Laurenson-Schafer H;Partridge FA;Hodgkin J;McMullan R
  • 通讯作者:
    McMullan R
From pathogen to a commensal: modification of the Microbacterium nematophilum-Caenorhabditis elegans interaction during chronic infection by the absence of host insulin signalling.
从病原体到共生:通过缺乏宿主胰岛素信号传导,在慢性感染过程中绿地菌菌菌相互作用的修饰。
  • DOI:
    10.1242/bio.053504
  • 发表时间:
    2020-10-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Gravato-Nobre M;Hodgkin J;Ligoxygakis P
  • 通讯作者:
    Ligoxygakis P
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  • DOI:
    10.1101/gad.3.9.1413
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  • DOI:
    10.1007/bf00425528
  • 发表时间:
    1979-09-01
  • 期刊:
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    H. Robert Horvitz;Sydney Brenner;Jonathan Hodgkin;Robert K. Herman
  • 通讯作者:
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