Single DNA Molecule Analysis – New Tools for Medical Diagnosis
Doktorsavhandling, 2023

The DNA molecule, the blueprint of life, contains an enormous amount of information. The information is coded by the combination of four bases; adenine, cytosine, guanine, and thymine, that, together with the sugar-phosphate backbones, make up the DNA double helix. There are variants in the human DNA sequence that are related to the onset and progression of disease. Under different conditions the DNA can also be damaged, which if not repaired correctly can result in a shortened life span, rapid ageing and development or progression of a variety of diseases, including cancer. Human disease can also be induced by external factors in our surroundings, such as pathogens. One of the cornerstones in modern medicine has been the use of antibiotics to prevent and treat these pathogenic infections, but the global spread of antibiotic resistance is today one of the largest threats to mankind according to the World Health Organization. One consequence of a large global increase in antibiotic resistance would be that routine surgery or chemotherapy treatment might be considered too perilous, because there are no drugs available to prevent or treat the bacterial infections that are closely connected with these procedures.

Novel techniques are needed to characterize different features of DNA in medicine and diagnostics. Single molecule analysis is one method to unveil different kinds of information from individual biomolecules, such as DNA. This thesis uses fluorescence microscopy to shine light upon such information in single DNA molecules from both humans and bacteria, and with that unveil important biological and medical characteristics of that DNA. It describes one method for identifying and quantifying DNA damage induced by a chemotherapy agent, helping to understanding the processes of DNA damage and repair related to diseases and medical treatments. Another method developed is for rapid identification of bacterial infections, with the classification of bacterial sub-species groups and identification of antibiotic resistance genes on plasmids. The methods have the potential to rapidly provide comprehensive diagnostics information, to optimize either early antibiotic treatment or chemotherapy treatment, and thereby enable future precision medicine management.

optical DNA mapping

DNA damage

DNA

single-molecule analysis

fluorescence microscopy

antibiotic resistance

nanofluidics

genetics

Vasa A
Opponent: Associate Professor Robert Neely, School of Chemistry, University of Birmingham, The United Kingdom of Great Britain

Författare

My Nyblom

Chalmers, Life sciences, Kemisk biologi

Aning, O. Nyblom, M. Dvirnas, A. Krog, J. Fröbrant, E. Ambjörnsson, T. Johansson, P. Hammarsten, O. Westerlund, F. Quantifying Mitomycin C Induced DNA Crosslinking Damage

Cultivation-Free Typing of Bacteria Using Optical DNA Mapping

ACS Infectious Diseases,;Vol. 6(2020)p. 1076-1084

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Nyblom, M. Johnning, A. Müller, V. Frykholm, K. Robertsson, M. Goyal, G. Wrande, M. Dvirnas, A. KK, S. Giske, C. Ambjörnsson, T. Sandegren, L. Kristiansson, E. Westerlund, W. Strain-level bacterial typing directly from patient samples using optical DNA mapping

Deoxiribonukleinsyra, mer känt som DNA, har troligen den mest kända kemiska strukturen för allmänheten. DNA:t är som cellernas ritningar, från vilka liv skapas. I stället för faktiska ritningar, så är informationen i DNA kodat av fyra baser, A T G och C, och hur de sitter i en sekvens. Sekvensen av baser, och variationer i den, kan vara orsaken för många sjukdomar. Det finns även annat i vår omgivning, som bakterier och virus, som påverkar oss och kan göra oss sjuka. Även i bakterier och virus fungerar DNA som ritningar.

När penicillinet upptäcktes 1928 blev antibiotika, en medicin som används för att motverka infektioner, en grundsten i vår moderna sjukvård. Antibiotika underlättar till exempel användningen av cellgifter vid cancerterapi och många operationer, som utan antibiotika hade varit farligare för patienten då den blir mottaglig för infektioner. Fler och fler bakterier har blivit resistenta mot antibiotika och det har blivit ett så stort problem att Världshälsoorganisationen (WHO) idag ser det som ett av de största hoten mot mänskligheten.
 
Enskilda DNA-molekyler kan skilja sig väldigt mycket från varandra, vissa är långa och linjära medan andra är korta och cirkulära. I den här avhandlingen undersöker vi skillnader mellan olika DNA-molekyler genom fluorescens-mikroskopi. Vi har utvecklat metoder för att kunna kolla på hur cellgifter skadar DNA, identifiera bakterier som orsakar infektioner och upptäcka om bakterierna bär på antibiotikaresistens.

Styrkeområden

Nanovetenskap och nanoteknik

Ämneskategorier

Fysikalisk kemi

Biokemi och molekylärbiologi

Nanoteknik

ISBN

978-91-7905-762-6

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5228

Utgivare

Chalmers

Vasa A

Opponent: Associate Professor Robert Neely, School of Chemistry, University of Birmingham, The United Kingdom of Great Britain

Mer information

Senast uppdaterat

2023-01-16