Project

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Partnership against Biofilm-associated Expression, Acquisition and Transmission of AMR

English title Partnership against Biofilm-associated Expression, Acquisition and Transmission of AMR
Applicant Ren Qun
Number 173611
Funding scheme Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance (JPIAMR)
Research institution Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA
Institution of higher education Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology - EMPA
Main discipline Medical Microbiology
Start/End 01.09.2017 - 31.08.2020
Approved amount 338'984.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Medical Microbiology
Biophysics

Keywords (6)

Single cell microbiology; Next generation sequencing; Multidrug interactions; Evolution in biofilms; Biofilm infections; Antibacterial coatings

Lay Summary (German)

Lead
Bakterien, die sich zu Kolonien zusammenschliessen, sind für Antibiotika nur schwer zu bekämpfen. Wir untersuchen, auf welche Weise diese sogenannten Biofilme bei der Entwicklung von Resistenzen beteiligt sind.
Lay summary

Der Grossteil bakterieller Infektionen wird durch Biofilme verursacht. Das sind Bakterienkolonien, die als dichter Teppich verschiedenste Oberflächen besiedeln können, darunter auch jene von Medizinalprodukten,  beispielsweise Implantaten. Im Biofilm umgeben sich Bakterien mit einer schützenden gallertartigen Substanz aus extrazellulären Bestandteilen. Sie kommen deshalb bei Antibiotikatherapien nur mit sehr geringen Wirkstoffmengen in Kontakt, was die Bildung von Resistenzen begünstigt. Wir untersuchen in einem internationalen Forschungsprojekt mit Partnern aus insgesamt vier europäischen Ländern, wie sich Bakterien in Biofilmen an Antibiotika anpassen, wie sie die Resistenzen erlangen und welchen Effekt dies auf die bakterielle Zusammensetzung im Biofilm hat.

Hintergrund
Der Einfluss von Biofilmen auf die Resistenzbildung wurde bisher nicht systematisch erforscht. Wir wollen diese Wissenslücke schliessen.

Ziele
Ziel des Forschungsprojekts ist es, zu verstehen wie sich Bakterien während der Biofilmbildung an Antibiotika anpassen, neue Resistenzen durch Mutationen im Biofilm erlangt werden und sich verbreiten. Zudem wollen wir aufklären, welche Prozesse innerhalb der Bakterienpopulation die Verbreitung und Übertragung der Antibiotikaresistenzen beeinflussen.

Bedeutung
Unsere Erkenntnisse sollen die Grundlage für klinische Empfehlungen und neuer Medizinprodukte liefern, um Biofilminfektionen effektiver zu verhindern.

Direct link to Lay Summary Last update: 13.02.2018

Lay Summary (French)

Lead
L’action des antibiotiques sur les bactéries qui s’assemblent en colonies est limitée. Nous étudions le rôle que jouent ces biofilms sur le développement des résistances.
Lay summary

La majeure partie des infections bactériennes est causée par les biofilms. Les biofilms sont des colonies bactériennes qui, à la manière d’un épais tapis, peuvent se déposer sur les surfaces les plus variées, notamment sur des produits médicaux comme les implants. Dans le biofilm, les bactéries s’entourent d’une substance protectrice gélatineuse composée d’éléments extracellulaires. Lors des traitements antibiotiques, elles n’entrent ainsi en contact qu’avec de très faibles quantités d’agent actif, ce qui favorise la formation de résistances. Nous étudions avec des partenaires de quatre pays européens la manière dont les biofilms s’adaptent aux antibiotiques, développent des résistances et les effets de ces processus sur la composition bactérienne du biofilm.

Contexte
Le rôle joué par les biofilms dans le développement des résistances n’avait jamais fait jusqu’alors l’objet d’une analyse systématique. Nous entendons combler cette lacune.

Objectif
Le projet de recherche vise à mieux comprendre la manière dont les bactéries s’adaptent aux antibiotiques lors de la formation du biofilm et la manière dont de nouvelles résistances se développent et se propagent par le biais de mutations au cœur du biofilm. Nous voulons en outre déterminer les processus qui influent sur la propagation et la transmission des résistances aux antibiotiques au sein de la population bactérienne.

Importance
Nos résultats de recherche serviront de base à des recommandations cliniques et au développement de nouveaux produits médicaux permettant de lutter plus efficacement contre les infections causées par les biofilms.

Direct link to Lay Summary Last update: 13.02.2018

Lay Summary (English)

Lead
Bacteria that join together to form colonies (known as biofilms) are difficult to break down with antibi-otics. We are investigating the ways in which these biofilms are involved in the development of resistance.
Lay summary
Most bacterial infections are caused by biofilms. These are bacterial colonies that form a dense coating to occupy a range of surfaces including those of medical products such as implants. In a biofilm, the bacteria surround themselves with protective gelatinous substances comprised of extracellular compo-nents. As a result, when treating infections with antibiotics only a small amount of the active agent comes into contact with the bacteria, thus helping to form resistance. In an international research pro-ject with partners from four European countries, we are investigating how bacteria in biofilms adapt to antibiotics, how they acquire resistance and how this influences the bacterial composition in the biofilm.

Background
There has been no previous systematic research conducted on the influence of biofilms on the for-mation of resistance. We are seeking to close this knowledge gap.

Objectives
The objective of the research project is to understand how bacteria adapt to antibiotics during the formation of biofilms, and how new resistances are acquired and spread by mutations in the biofilm. In addition, we want to discover which processes within the bacteria population influence the spread and transmission of antibiotic resistance.

Significance
Our findings will lay the foundations for clinical recommendations and new medical products designed to combat biofilm infections more effectively.
Direct link to Lay Summary Last update: 13.02.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

A relatively recent advance in microbiology is the finding that the majority of infections are caused by bacterial biofilms. Biofilms are structured communities of bacteria found on surfaces that become embedded within a self-produced extracellular polymeric matrix. Biofilms can form on tissues or on biomedical surfaces, such as blood catheters or implants, where they act as a reservoir of potential healthcare-associated infection. Bacteria living in biofilms can tolerate much higher antibiotic concentrations compared to planktonic bacteria and survive long enough to evolve antimicrobial resistance (AMR). They form persistent, hard-to-treat infections and exhibit an intrinsic biology that promotes the development and transmission of AMR. The goal of our consortium is to determine how bacteria adapt to antimicrobials during biofilm formation on surfaces coated with antimicrobials, how AMR mutations are acquired and evolve within mature biofilms, and how population dynamics within biofilms affect the transmission of AMR. We address the hypothesis that understanding the contribution of biofilms to AMR acquisition and spread will lead to the development of novel antimicrobial strategies and medical devices that are more effective in preventing biofilm-associated infection and AMR. Our team provides facilities and clinical research governance for experimental and translational medicine. Our synergy of leading laboratory, clinical and translational research across Europe will ensure the best chance to develop novel and successful interventions and therapeutic outcomes.
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