Mycobacterium tuberculosis culturomics : hunting for the key to more rapid and sensitive cultivation and rescue

Abstract

Tuberkulose (TB) er et stort folkehelseproblem som forårsakes av bakteriene tilhørende M. tuberculosis- komplekset (MTBC). Påvisning av mykobakterier i sputumprøver fra TBpasienter krever tid, spesielt hvis bakteriene er i en ikke-replikerende eller sovende tilstand. Det er derfor svært viktig å optimalisere kulturmediene slik at bakteriene kan restituere raskere. De fleste medier inneholder en kompleks aminosyreblanding. Basert på dette ønsket vi å undersøke om de enkelte aminosyrene hadde en vekstfremmende effekt på M. tuberculosis kulturer med redusert metabolisme. Effekten av de ulike aminosyrene under dyrkning kan gi kunnskap som kan bidra til å designe en aminosyre-cocktail som bakteriene kan utnytte mer effektivt. Formålet med denne oppgaven var å identifisere hvorvidt enkelte aminosyre tilsatt til kulturmedier kan kutte deteksjonstiden for M. tuberculosis kulturer. Vi var spesielt interesserte i den mulige effekten de ulike aminosyrene har på kulturer med redusert metabolisme. L-lysin monohydroklorid hadde de mest lovene funnene sett i denne konteksten. Ytterligere validering med bruk av villtype og mutante M. tuberculosis-stammer i veldefinerte medier og vekstbetingelser er i midlertid viktig for å kunne påvise virkningsmekanismen til den vekstfremmende effekten av L- lysin. Funnene er svært relevante for å belyse tilstanden til bakterier som er «dormant» i latent TB og for å designe og optimalisere kulturmedier for isolering av mykobakterier fra kliniske prøver.

Tuberculosis (TB) is a major public health problem caused by the infectious agents of the M. tuberculosis complex (MTBC). Detecting mycobacteria in sputum samples from TB patients requires time, especially if the bacteria is in a non-replicative and dormant state. Implementing the culture media to recover cells faster is therefore very important. Most media contain a complex amino acid mix. Based on this, we wanted to investigate if there was any amino acid that exhibited a growth promoting effect on Mycobacterium tuberculosis cultures with reduced metabolism. Learning about the independent contribution of each amino acid during culturing, could help to design an amino acid cocktail that the bacteria could use more efficiently. The main aim of this thesis was to identify whether any amino acid added to culture media could shorten the detection time for growth of Mycobacterium tuberculosis cultures. In particular we were interested in the possible effect on cultures with reduced metabolism. Especially L- Lysine monohydrochloride exhibited the most promising findings in this context. However, further validation of wildtype and mutant M. tuberculosis strains in well- defined media and growth conditions are required to discover the mechanism of action of the Lysine- induced growth enhancement. These findings are highly relevant for elucidating the state of dormancy in latent TB and for designing and optimized culture medium for isolation of mycobacterial isolates from clinical specimens.