López López, Nahikari

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https://academica-e.unavarra.es/handle/2454/49444

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    PublicationOpen Access
    Implicación del metabolismo bacteriano en la interacción de Haemophilus influenzae con el sistema respiratorio humano: bases moleculares y explotación terapéutica
    (2022) López López, Nahikari; Garmendia García, Juncal; Díez Martínez, Roberto; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, referencia 0011-1408-2017-000000
    Este trabajo de Tesis Doctoral aborda el papel de tres aspectos del metabolismo bacteriano (síntesis de purinas, catabolismo de glucosa, síntesis de ácidos grasos) en la interacción entre el patógeno Haemophilus influenzae no tipificable (HiNT) y el sistema respiratorio humano. Mediante análisis de expresión génica global, inactivación génica y caracterización fenotípica in vitro e in vivo, modelado computacional, química médica, y evaluación antimicrobiana a nivel preclínico, estudiamos los perfiles transcripcionales de patógeno y hospedador durante la infección respiratoria (Capítulo 2), la contribución del catabolismo de glucosa en la patogénesis de H. influenzae (Capítulo 3), y el potencial antimicrobiano de la inhibición de la ruta de biosíntesis de ácidos grasos de esta bacteria (Capítulo 4). H. influenzae fue el primer organismo de vida libre cuyo genoma completo fue secuenciado, haciéndolo pionero en el desarrollo y empleo de técnicas -ómicas. El Capítulo 1 de este trabajo ha revisado la contribución de abordajes -ómicos incluyendo genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica, al estudio de la interacción entre HiNT y el sistema respiratorio humano. En el Capítulo 2 de este trabajo realizamos un estudio multi-ómico in vivo, consistente en la utilización de RNA-seq dual y Tn-seq durante el proceso de infección respiratoria murina por HiNT. El perfil de expresión génica diferencial entre bacterias cultivadas in vitro y bacterias recuperadas de lavado broncoalveolar murino mostró la sobre-expresión de genes que codifican enzimas implicadas en la síntesis de purinas y aminoácidos, así como de genes que codifican parte de la maquinaria de competencia natural de la bacteria. El aumento de los niveles de glucosa en las vías respiratorias de pacientes que sufren enfermedades respiratorias crónicas facilita la proliferación de patógenos que metabolizan este azúcar. HiNT cataboliza glucosa mediante una fermentación asistida por respiración que conlleva la excreción de acetato, formato y succinato. En el Capítulo 3 de este trabajo, diseñamos, generamos y caracterizamos un panel de cepas mutantes que no producen acetato, formato o succinato mediante la inactivación de los genes ackA, pflA y frdA, respectivamente. La inactivación de ackA limitó la producción de acetato y el crecimiento bacteriano, y estimuló tanto la producción de lactato en anaerobiosis como la atenuación bacteriana in vivo. El acetato excretado estimuló la expresión de genes pro-inflamatorios en células de epitelio respiratorio en cultivo, lo que sugiere que el catabolismo de glucosa contribuye no sólo al crecimiento de HiNT sino también a la inmunomodulación del sistema respiratorio humano. La resistencia de H. influenzae a antibióticos β-lactámicos ha llevado a su inclusión en la lista de patógenos bacterianos para los que la OMS considera prioritaria la búsqueda y desarrollo de nuevos antimicrobianos. En el Capítulo 4 de este trabajo, desarrollamos y validamos un modelo metabólico de H. influenzae a escala genómica, que utilizamos como herramienta de escrutinio in silico de genes esenciales de este patógeno, para su explotación como dianas terapéuticas. Este modelo predijo la esencialidad de un gran número de genes implicados en la síntesis de lípidos. Nos centramos en la enzima FabH, que cataliza la condensación descarboxilativa de malonil-ACP y acil-CoA en la iniciación de la biosíntesis de ácidos grasos. Nuestro modelado computacional mostró la idoneidad de la interacción de la molécula ácido 1- (5- (2-fluoro-5- (hidroximetil) fenil) piridin-2-il) piperidin- 4-acético y la proteína FabH. Este inhibidor redujo la viabilidad bacteriana de forma dosisdependiente. El efecto inhibitorio observado fue variable entre aislados clínicos portadores de distintas variantes alélicas del gen fabH, e independiente de su expresión. El inhibidor empleado no generó sinergias, no favoreció el desarrollo de resistencias, y no alteró la dinámica de infección epitelial por HiNT, mostrado además un efecto protector frente a la infección por HiNT in vivo. En conjunto, este trabajo de Tesis Doctoral proporciona conocimiento nuevo sobre el papel del metabolismo bacteriano en la interacción HiNT-sistema respiratorio humano, que esperamos sea de utilidad en el desarrollo de estrategias anti-infectivas que mejoren el manejo clínico de las enfermedades infecciosas asociadas a este patógeno.
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    PublicationOpen Access
    Inactivation of the Thymidylate synthase thyA in non-typeable Haemophilus influenzae modulates antibiotic resistance and has a strong impact on its interplay with the host airways
    (Frontiers Media, 2017) Rodríguez Arce, Irene; Martí, Sara; Euba, Begoña; Fernández Calvet, Ariadna; Moleres Apilluelo, Javier; López López, Nahikari; Barberán, Montserrat; Ramos Vivas, José; Tubau, Fe; Losa, Carmen; Ardanuy, Carmen; Leiva, José; Yuste, José R.; Garmendia García, Juncal; IdAB. Instituto de Agrobiotecnología / Agrobioteknologiako Institutua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
    Antibacterial treatment with cotrimoxazol (TxS), a combination of trimethoprim and sulfamethoxazole, generates resistance by, among others, acquisition of thymidine auxotrophy associated with mutations in the thymidylate synthase gene thyA, which can modify the biology of infection. The opportunistic pathogen non-typeable Haemophilus influenzae (NTHi) is frequently encountered in the lower airways of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients, and associated with acute exacerbation of COPD symptoms. Increasing resistance of NTHi to TxS limits its suitability as initial antibacterial against COPD exacerbation, although its relationship with thymidine auxotrophy is unknown. In this study, the analysis of 2,542 NTHi isolates recovered at Bellvitge University Hospital (Spain) in the period 2010–2014 revealed 119 strains forming slow-growing colonies on the thymidine low concentration medium Mueller Hinton Fastidious, including one strain isolated from a COPD patient undergoing TxS therapy that was a reversible thymidine auxotroph. To assess the impact of thymidine auxotrophy in the NTHi-host interplay during respiratory infection, thyA mutants were generated in both the clinical isolate NTHi375 and the reference strain RdKW20. Inactivation of the thyA gene increased TxS resistance, but also promoted morphological changes consistent with elongation and impaired bacterial division, which altered H. influenzae self-aggregation, phosphorylcholine level, C3b deposition, and airway epithelial infection patterns. Availability of external thymidine contributed to overcome such auxotrophy and TxS effect, potentially facilitated by the nucleoside transporter nupC. Although, thyA inactivation resulted in bacterial attenuation in a lung infection mouse model, it also rendered a lower clearance upon a TxS challenge in vivo. Thus, our results show that thymidine auxotrophy modulates both the NTHi host airway interplay and antibiotic resistance, which should be considered at the clinical setting for the consequences of TxS administration.