Please use this identifier to cite or link to this item:
http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/80113
Full metadata record
DC Field | Value | Language |
---|---|---|
dc.contributor.advisor | Bordin Butr-Indr | - |
dc.contributor.advisor | Chatchai Tayapiwatana | - |
dc.contributor.advisor | Sorasak Intorasoot | - |
dc.contributor.author | Manita Yimcharoen | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-21T10:44:58Z | - |
dc.date.available | 2024-10-21T10:44:58Z | - |
dc.date.issued | 2024-07-30 | - |
dc.identifier.uri | http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/80113 | - |
dc.description.abstract | Tuberculosis (TB) is a contagious bacterial infection caused by Mycobacterium tuberculosis (MTB). Transmission occurs through airborne droplets, primarily affecting the lungs and causing pulmonary disease. However, the infection can also occur in other parts of the body, such as the kidneys, spine, and brain. Even though several anti-TB drugs are available, treating TB is challenging due to the development of drug resistance. The characteristics of the mycobacterial cell wall, which act as barriers and contribute to virulence, provide mycobacteria with high natural resistance. Mannose-capped lipoarabinomannan (ManLAM) is an essential component of the mycobacterial cell wall that modulates the host's immune response, allowing MTB to persist in the host. ManLAM is expressed in Mycobacterium tuberculosis complex and other pathogenic strains, with varying levels between rapid and stasis growth. Changes in the structure of ManLAM affect cell wall integrity, antibiotic sensitivity, and pathogenesis. This demonstrates the importance of controlling ManLAM biosynthesis in the virulence and drug resistance of mycobacteria. Furthermore, the adaptation of MTB in response to various stress conditions, including the presence of antibiotics, makes it a successful pathogen during infection in the host. The first-line drug, isoniazid (INH), is widely used for TB prevention and treatment. However, drug resistance can emerge within the host during treatment, leading to poor clinical outcomes and additional resistance to other drugs. Therefore, understanding mycobacterial stress response mechanisms induced by INH in the host environment is essential and needs to be explored. In this study, MTB strains with different drug-resistant profiles, including H37Rv (drug-sensitive strain; DS), isoniazid-resistant (INH-R), rifampicin-resistant (RIF-R), and multi-drug resistant (MDR) strains, were cultivated in two different culture models; 1) The nutrient-rich (NR) model, which provides the nutrients and supplements required for MTB growth and MTB were cultured in aerobic condition; and 2) The multi-stress (MS) model which simulates the major stresses encountered by MTB in host macrophages, including acidic pH, nutrient starvation, nitric oxide, reactive nitrogen intermediates, and MTB were cultured in anaerobic condition. MTB strains were cultivated in the NR and MS models, and then treated with or without INH. This study analyzed the expression levels of stress-related genes reported to be associated with stress response (hspX, tgs1, sigE, and icl1) and ManLAM-related genes involved in the biosynthesis of ManLAM (pimB, mptA, mptB, dprE1, dprE2, and embC) in four strains that respond to isoniazid under nutrient-rich (NR) and stress-mimicking (MS) conditions. Results show that INH influences the expression levels of stress-related genes and ManLAM-related genes, which present a distinct pattern among strains and between NR versus MS models. In NR conditions, mptA, which is responsible for the elongation of the mannan backbone, is upregulated in all strains following INH treatment, and almost all ManLAM-related genes were upregulated in drug-resistant strains (DR). Interestingly, the expression level of tgs1, which is responsible for triacylglycerol synthesis, was significantly upregulated in MDR, while sigE, one of the main master regulators of MTB in response to stress, was significantly upregulated in DS. These findings indicate that the mechanisms utilized by MTB in response to INH vary between strains. In the MS model, without INH treatment, stress-related genes and ManLAM-related genes were up-regulated in DR, while none of these genes were up-regulated in DS. The findings demonstrate a clear relationship between drug resistance and bacterial adaptation, highlighting distinct differences between DR and DS. Additionally, the upregulation of icl1 and dprE1 in DR further supports the potential use of these genes as indicators of virulence and as targets for future drug treatments. In MS with INH, stress-related genes including hspX, tgs1, and sigE were clearly up-regulated in INH-R and RIF-R strains, which are mono-resistant strains, while icl1 was significantly up-regulated in DS and slightly up-regulated in INH-R and MDR strains. Since the stress response system is crucial for MTB, enabling it to withstand stress and become antibiotic-tolerant, the results indicate that INH is a stressor induces mycobacterial adaptation and may be an initial step toward additional antibiotic resistance. Surprisingly, ManLAM-related genes in DS were strongly up-regulated in response to INH treatment, suggesting that ManLAM regulation may be required for DS to survive in the presence of INH during infection in the host. This study provides new insights into the stress response mechanisms of MTB through the regulation of gene expression involved in ManLAM production, which may be one of the adaptive strategies during isoniazid treatment and could be related to the development of drug resistance. Additionally, the mechanisms related to mycobacterial adaptation identified in this study can be used to develop drug targets, enhancing the effectiveness of future treatments. | en_US |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Chiang Mai : Graduate School, Chiang Mai University | en_US |
dc.title | The Study of stress response mechanism of Mycobacterium tuberculosis induced by isoniazid treatment | en_US |
dc.title.alternative | การศึกษากลไกการตอบสนองต่อความเครียดของเชื้อ Mycobacterium tuberculosis ที่ถูกเหนี่ยวนำด้วยยา Isoniazid | en_US |
dc.type | Thesis | |
thailis.controlvocab.lcsh | Mycobacterium tuberculosis | - |
thailis.controlvocab.lcsh | Mycobacterium | - |
thailis.controlvocab.lcsh | Tuberculosis | - |
thesis.degree | doctoral | en_US |
thesis.description.thaiAbstract | วัณโรค เป็นโรคติดต่อที่เกิดจากเชื้อแบคทีเรีย Mycobacterium tuberculosis (MTB) ซึ่งแพร่กระจายผ่านอนุภาคในอากาศ ส่งผลกระทบก่อให้เกิดโรคในปอดเป็นหลัก และการติดเชื้อยังสามารถเกิดขึ้นได้ในส่วนอื่นของร่างกาย เช่น ไต กระดูกสันหลัง และสมอง เป็นต้น แม้ว่าจะมียาต้านวัณโรคอยู่หลากหลายชนิด แต่การรักษาวัณโรคทำได้ยาก เนื่องจากการพัฒนาการดื้อยาของเชื้อ ลักษณะเฉพาะของผนังเซลล์ของเชื้อมัยโคแบคทีเรียทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกัน และเสริมความรุนแรงในการก่อโรค ทำให้เชื้อมัยโคแบคทีเรียมีการดื้อยาสูงตามธรรมชาติ โดย Mannose-capped lipoarabinomannan (ManLAM) เป็นองค์ประกอบสำคัญของผนังเซลล์ มีคุณสมบัติในการปรับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของโฮสต์ ซึ่งสนับสนุนให้เชื้ออยู่รอดได้ ManLAM พบในเชื้อกลุ่ม Mycobacterium tuberculosis complex และในสายพันธุ์ที่ก่อโรค โดยมีระดับของการแสดงออกที่แตกต่างกันระหว่างระยะที่มีการเจริญ และระยะพัก การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ ManLAM ส่งผลต่อความสมบูรณ์ของผนังเซลล์ ความไวต่อยา และการเกิดโรค ซึ่งแสดงให้เห็นว่า การควบคุมการสร้าง ManLAM มีความสำคัญต่อความรุนแรง และการดื้อยาของเชื้อ MTB นอกจากนี้ ความสามารถในการปรับตัวเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่มีความเครียดแบบต่าง ๆ รวมถึงสภาวะที่มียาปฏิชีวนะ ทำให้เชื้อ MTB เป็นเชื้อโรคที่ประสบความสำเร็จอย่างมากในการอยู่รอดและก่อโรคในโฮสต์ ยาไอโซไนอะซิดเป็นยารักษาวัณโรคแนวที่หนึ่ง ที่ใช้สำหรับการป้องกันและรักษาวัณโรคอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม ระหว่างการรักษายังมีเชื้อดื้อยาเกิดขึ้นได้ในร่างกายของโฮสต์ การดื้อต่อยาไอโซไนอะซิด ส่งผลให้การรักษาทางคลินิกล้มเหลวและเกิดการดื้อต่อยาปฎิชีวนะอื่นเพิ่มขึ้นได้ ดังนั้น การศึกษาเพื่อเพิ่มความเข้าใจในกลไกการตอบสนองของเชื้อเมื่อได้รับยาไอโซไนอะซิด ภายใต้สภาวะร่างกายโฮสต์ จึงมีความสำคัญเป็นอย่างมาก ในงานวิจัยนี้ ได้เพาะเลี้ยงเชื้อ MTB ที่มีการดื้อยาแตกต่างกัน คือ เชื้อที่ไวต่อยา (drug-sensitive strain; DS) เชื้อที่ดื้อต่อยาไอโซไนอะซิด (isoniazid-resistant; INH-R) เชื้อที่ดื้อต่อยาไรแฟมพิซิน (rifampicin-resistant; RIF-R) และเชื้อที่ดื้อต่อยาหลายขนาน (multi-drug resistant; MDR)ในสภาวะเพาะเลี้ยงที่แตกต่างกันสองรูปแบบ ได้แก่ 1) Nutrient-rich (NR) เป็นสภาวะที่มีสารอาหารครบถ้วนสำหรับการเจริญเติบโตของเชื้อมัยโคแบคทีเรีย และเพาะเลี้ยงแบบมีออกซิเจน และ 2) Multi-stress (MS) เป็นสภาวะเลียนแบบความเครียดต่าง ๆที่พบได้ในแมคโครฟาจ เมื่อเชื้อเข้าสู่ร่างกายของโฮสต์ ประกอบไปด้วย สภาวะความเป็นกรด การขาดแคลนอาหาร สภาวะที่มีไนตริก-ออกไซด์ ร่วมกับสารตัวกลางอนุมูลอิสระอื่น ๆ และเพาะเลี้ยงแบบขาดแคลนออกซิเจน การศึกษานี้วิเคราะห์ ระดับการแสดงออกของยีนในกลุ่มที่มีรายงานว่าเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อสภาวะเครียด (hspX, tgs1, sigE, และ icl1) และยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM (pimB, mptA, mptB, dprE1, dprE2, และ embC) ของเชื้อทั้งสี่สายพันธุ์ที่ตอบสนองต่อยาไอโซไนอะซิด ในสภาวะที่อุดมสมบูรณ์ (NR) และสภาวะจำลองความเครียด (MS) จากการศึกษาพบว่า ยาไอโซไนอะซิดส่งผลต่อระดับการแสดงออกของยีนในกลุ่มที่มีรายงานว่าเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อสภาวะเครียดและยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM โดยมีรูปแบบระดับการแสดงออกที่แตกต่างกันระหว่างสายพันธุ์ และระหว่างการเพาะเลี้ยง ใน NR และ MS ในสภาวะเพาะ NR พบว่า มีการเพิ่มระดับการแสดงออกของยีน mptA ซึ่งมีหน้าที่ในการสร้างโครงสร้างของ Mannan ตอบสนองต่อยาไอโซไนอะซิดในเชื้อทั้งสี่สายพันธุ์ และยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM ส่วนใหญ่มีการเพิ่มการแสดงออกในเชื้อที่ดื้อต่อยา โดยระดับการแสดงออกของ ยีน tgs1 ซึ่งมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ไตรกลีเซอไรด์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเชื้อที่ดื้อต่อยาหลายขนาน ขณะที่ sigE ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวควบคุมหลักของ MTB ในการตอบสนองต่อความเครียด เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเชื้อที่ไวต่อยา ผลการศึกษานี้บ่งชี้ว่า กลไกที่ MTB ใช้ในการตอบสนองต่อยาไอโซไนอะซิด มีความแตกต่างกันในแต่ละสายพันธุ์ ในสภาวะ MS พบว่ายีนในกลุ่มที่มีรายงานว่าเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อสภาวะเครียดและยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM มีการเพิ่มการแสดงออกในเชื้อที่ดื้อยา ซึ่งไม่พบการเพิ่มการแสดงออกของยีนเหล่านี้ในเชื้อที่ไวต่อยา ผลการศึกษาแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างการดื้อยาต่อการปรับตัวของเชื้อ ซึ่งมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนระหว่างเชื้อที่ดื้อยาและไวต่อยา นอกจากนี้ยังพบว่า เชื้อที่ดื้อยามีการเพิ่มการแสดงออกยีน icl1 และ dprE1 สนับสนุนความเป็นไปได้ในการใช้ยีน icl1 และ dprE1 เป็นตัวบ่งชี้ความรุนแรงและเป็นเป้าหมายในการรักษาด้วยยาในอนาคต เมื่อเพาะเลี้ยงเชื้อ MTB ในสภาวะ MS ที่มียาไอโซไนอะซิด พบว่า ยีนในกลุ่มที่มีรายงานว่าเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อสภาวะเครียดได้แก่ hspX, tgs1, และ sigE มีการเพิ่มการแสดงออกอย่างมีนัยสำคัญในเชื้อที่ดื้อต่อยาไอโซไนอะซิด และ เชื้อที่ดื้อต่อยาไรแฟมพิซิน ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ดื้อต่อยาเพียงชนิดเดียว ขณะที่ icl1 มีการเพิ่มการแสดงออกอย่างมีนัยสำคัญในเชื้อที่ไวต่อยา และ เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในเชื้อที่ดื้อต่อยาไอโซไนอะซิด และในเชื้อที่ดื้อต่อยาหลายขนาน เนื่องจากระบบตอบสนองต่อความเครียดมีความสำคัญต่อเชื้อ MTB โดยช่วยให้เชื้อทนต่อความเครียดและทนต่อยาปฏิชีวนะได้ การเพิ่มการแสดงออกของยีนในกลุ่มที่มีรายงานว่าเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อสภาวะเครียดเหล่านี้ บ่งชี้ให้เห็นว่ายาไอโซไนอะซิด เป็นตัวกระตุ้นความเครียดที่ทำให้เกิดการปรับตัวของเชื้อและอาจเป็นขั้นตอนแรกสู่การพัฒนาการดื้อยา นอกจากนี้ ยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM มีการเพิ่มการแสดงออกอย่างมีนัยสำคัญในเชื้อที่ไวต่อยา แสดงให้เห็นว่า การควบคุมการแสดงออกของยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM อาจจำเป็นต่อเชื้อที่ไวต่อยาในการอยู่รอดเมื่อเผชิญสภาวะที่มียาไอโซไนอะซิดขณะอยู่ในร่างกายโฮสต์ การศึกษานี้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ของกลไกการตอบสนองต่อความเครียดของเชื้อ MTB ผ่านการควบคุมการแสดงออกของยีนที่ทำหน้าที่ในการสร้าง ManLAM ซึ่งอาจเป็นหนึ่งในกลยุทธ์การปรับตัวของเชื้อ ระหว่างการรักษาด้วยยาไอโซไนอะซิด และอาจมีความสัมพันธ์ต่อการพัฒนาการดื้อยาได้ นอกจากนี้กลไกที่เกี่ยวข้องกับการปรับตัวของเชื้อมัยโคแบคทีเรียที่ได้จากการศึกษานี้ยังสามารถนำไปใช้พัฒนาเป็นเป้าหมายของยา เพิ่มการรักษาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ในอนาคต | en_US |
Appears in Collections: | AMS: Theses |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
611155907 Manita Yimcharoen thesis.pdf | Thesis Manita Yimcharoen 611155907 | 4.83 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.