تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی

تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی

بررسی شبکه هم‌بیانی eptA ژن مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک کولیستین (Colistin) در باکتری Escherichia coli

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 دانش‌آموخته دکتری عمومی دامپزشکی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تهران، کلینسین دامپزشکی در زابل، زابل، ایران
3 گروه زراعت و اصلاح نباتات، پژوهشکده کشاورزی، پژوهشگاه زابل، زابل، ایران
چکیده
کولیستین (پلی‌میکسین E) یک آنتی‌بیوتیک پلی‌میکسین (polymyxin) است. پلی‌میکسین به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان آخرین راه‌حل آنتی‌بیوتیک برای درمان باکتری‌های گرم‌منفی مقاوم به دارو استفاده می‌شود. کولیستین غشای خارجی باکتری را نفوذپذیر می‌کند و یکپارچگی غشای داخلی را مختل می‌کند و در نهایت باعث مرگ سلولی می‌شود. لیپید A لیپوپلی‌ساکارید یک جزء اصلی از لایه بیرونی غشای خارجی اکثر باکتری‌های گرم‌منفی می‌باشد که برخی از باکتری‌ها با ایجاد تغییرات در ساختار آن سبب القای مقاومت به کولیستین می‌شوند. لیپید A فسفواتانولامین ترانسفراز (EptA) آنزیمی است که مسئول اصلاح لیپید A در باکتری E. Coli می‌باشد. به‌منظور بررسی فرایند ژن‌های درگیر در مقاومت به کولیستین شبکه هم‌بیانی متشکل از 29 ژن بازسازی شد. آنالیز ژن آنتولوژی نشان داد مسیرهای سنتز لیپیدهای درگیر در ساختار غشای باکتریایی از قبیل بیوسنتز لیپوساکاریدها، بیوسنتز گلیکولیپیدها و بیوسنتز فسفولیپیدها بالاترین تعداد نماینده را در بین ژن‌های موجود در شبکه دارند. آنالیز توپولوژی شبکه نشان داد ژن pagP با 27 ارتباط مستقیم با سایر ژن‌های موجود در شبکه بالاترین تعداد ارتباط را دارا بود. در ادامه ژن‌های eptB، arnT، basS و phoP هر کدام با 26 ارتباط در ردیف بعدی قرار داشتند. همچنین ژن‌های pagP به‌ترتیب با مقادیر (0.03527178) و (1) بالاترین میزان Betweenness Centrality و Closeness Centrality را نشان داد. همچنین ژن eptB از منظر مولفه‌ی Closeness Centrality و Betweenness Centrality با مقادیر (0.96428571) و (0.03332764) دومین ژن کلیدی در این شبکه می‌باشد. دسته‌بندی ژن‌های موجود در شبکه نشان داد از دوازده گروه متمایز شده، ژن eptB در 8 دسته و ژن pagP تنها در دو دسته مشاهده می‌شود. این نشان می‌دهد که ژن eptB در کنار ژن eptA نقش کلیدی در القای مقاومت کولیستین دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of co-expression network of eptA colistin resistance gene in Escherichia coli

نویسندگان English

Yasoub Shiri 1
Samira Saadatjou 2
Zeynab Mohkami 3
1 Horticulture Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
2 Doctor of General Veterinary Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tehran, Veterinary Clinician in Zabol, Zabol, Iran
3 Agronomy and Plant Breeding Department, Agriculture Research Center, Zabol Research Institute, Zabol, Iran
چکیده English

Colistin (polymyxin E) is a polymyxin antibiotic. Polymyxin is increasingly used as a last resort antibiotic for the treatment of drug-resistant Gram-negative bacteria. Colistin makes the outer membrane of the bacteria permeable and disturbs the integrity of the inner membrane and finally causes cell death. Lipid A lipopolysaccharide is a main component of the outer membrane of most Gram-negative bacteria, and some bacteria induce resistance to colistin by making changes in its structure. Lipid A phosphorethanolamine transferase (eptA) is an enzyme responsible for modifying lipid A in E. Coli. In order to investigate the process of genes involved in resistance to colistin, a co-expression network consisting of 29 genes was reconstructed. Gene ontology analysis showed that lipid synthesis pathways involved in bacterial membrane structure such as liposaccharide biosynthesis, glycolipid biosynthesis and phospholipid biosynthesis have the highest number of representatives in the network. Network topology analysis showed that pagP had the highest number of connections with 27 direct connections. Next, eptB, arnT, basS and phoP genes were in the next row with 26 connections each. Also, pagP showed the highest betweenness centrality and closeness centrality with (0.03527178) and (1) respectively. Also, eptB is the second key gene in this network from the perspective of Closeness Centrality and Betweenness Centrality with (0.96428571) and (0.03332764). The classification of the genes in the network showed that out of the twelve differentiated groups, eptB was found in 8 groups and pagP was observed in only two groups. This shows that eptB, along with eptA, plays a key role in the induction of colistin resistance.

کلیدواژه‌ها English

lipo-polysaccharide
antibiotic
polymyxin
gene network
1- Bialvaei AZ, Samadi Kafil H. Colistin, mechanisms and prevalence of resistance. Curr Med Res Opin. 2015; 31(4):707-21.
2- Binsker U, Käsbohrer A, Hammerl JA. Global colistin use: a review of the emergence of resistant Enterobacterales and the impact on their genetic basis. FEMS Microbiol Rev. 2022; 46(1).
3- Maldonado RF, Sá-Correia I, Valvano MA. Lipopolysaccharide modification in Gram-negative bacteria during chronic infection. FEMS Microbiol Rev. 2016; 40(4): 480-93.
4- Loho T, Dharmayanti A. Colistin: an antibiotic and its role in multiresistant Gram-negative infections. Acta Med Indones. 2015; 47(2): 157-68.
5- Baijal K, Abramchuk I, Herrera CM, Stephen Trent M, Lavallée-Adam M, Downey M. Proteomics analysis reveals a role for E. coli polyphosphate kinase in membrane structure and polymyxin resistance during starvation. bioRxiv. 2023.
6- Rogga V, Kosalec I. Untying the anchor for the lipopolysaccharide: lipid A structural modification systems offer diagnostic and therapeutic options to tackle polymyxin resistance. Arh Hig Rada Toksikol. 2023; 74(3): 145-66.
7- Tula MY, Filgona J, Kyauta SE, Elisha R. Screening for some virulent factors among bacterial isolates from surfaces of hospital fomites and hands of healthcare workers. CMBR. 2023; 3(1): 9-16.
8- Tula MY, Filgona J, Pukuma MS. A Systematic review on the status of diarrheagenic Escherichia coli (DEC) pathotypes in Nigeria; the year 2000 – 2022. CMBR. 2022; 2(4): 213-29.
9- Shiri Y, Solouki M, Ebrahimie E, Emamjomeh A, Zahiri J. Gibberellin causes wide transcriptional modifications in the early stage of grape cluster development. Genomics. 2020; 112(1): 820-30. [In Persian]
10- Narimisa N, Goodarzi F, Bavari S. Prevalence of colistin resistance of Klebsiella pneumoniae isolates in Iran: a systematic review and meta-analysis. Ann clin microbiol antimicrob. 2022; 21(1): 29. [In Persian]
11- Chang K, Wang H, Zhao J, Yang X, Wu B, Sun W, et al. Risk factors for polymyxin B-associated acute kidney injury. International journal of infectious diseases : IJID : official publication of the International Society for Infectious Diseases. 2022; 117: 37-44.
12- Gogry FA, Siddiqui MT, Sultan I, Haq QMR. Current Update on Intrinsic and Acquired Colistin Resistance Mechanisms in Bacteria. Frontiers in medicine. 2021; 8: 677720.
13- Legese MH, Asrat D, Mihret A, Hasan B, Mekasha A, Aseffa A, et al. Genomic Epidemiology of Carbapenemase-Producing and Colistin-Resistant Enterobacteriaceae among Sepsis Patients in Ethiopia: a Whole-Genome Analysis. AAC. 2022; 66(8): e0053422-e.
14- Apweiler R, Bairoch A, Wu CH, Barker WC, Boeckmann B, Ferro S, et al. UniProt: the Universal Protein knowledgebase. Nucleic Acids Res. 2004; 32(Database issue): D115-D9.
15- Szklarczyk D, Morris JH, Cook H, Kuhn M, Wyder S, Simonovic M, et al. The STRING database in 2017: quality-controlled protein–protein association networks, made broadly accessible. Nucleic Acids Res. 2017; 45(Database issue): D362-D8.
16- Shannon P, Markiel A, Ozier O, Baliga NS, Wang JT, Ramage D, et al. Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks. Genome res. 2003; 13(11): 2498-504.
17- Assenov Y, Ramirez F, Schelhorn SE, Lengauer T, Albrecht M. Computing topological parameters of biological networks. Bioinformatics. 2008; 24(2): 282-4.
18- Shiri Y, Solouki M, Ebrahimi E, Emamjomeh A, Zahiri J. Gibberellin causes wide transcriptional modifications in the early stage of grape cluster development. Genomics. 2019. [In Persian]
19- Shiri Y, Solouki M, Ebrahimi E, Emamjomeh A, Zahiri J. Unraveling the Transcriptional Complexity of Compactness in Sistan Grape Cluster. Plant Science. 2018. [In Persian]
20- Shiri Y, Karimiyan Ma. Reconstitution of Gene Network on Penicillin Resistance in E.coli Using Databases Information. NFVM. 2020; 2(2): 1-9. [In Persian]
21- Shiri Y, Mohkami Z, Bidarnamani F. Reconstruction of co-expression network of ampC gene as the main factor of Pseudomonas aeruginosa resistance to the new antibiotic Ceftolozane/Tazobactam. NFVM. 2022; 5(1): 96-107. [In Persian]
22- Shiri Y, fazeli nasab B. Evaluation of gene network on tetracycline antibiotic resistance controlled by tetA and tetB genes using databases information. NFVM. 2019; 2(1): 88-96. [In Persian]
23- Shiri Y, Khodavirdipour A, Kalkali N. Re-construction of Co-expression Network of Genes Involved in Bacterial Cell Wall Synthesis and Their Role in Penicillin Resistance. AJCMI. 2020; 7(3): 65-71. [In Persian]
24- Jiao X, Sherman BT, Huang DW, Stephens R, Baseler MW, Lane HC, et al. DAVID-WS: a stateful web service to facilitate gene/protein list analysis. Bioinformatics (Oxford, England). 2012; 28(13): 1805-6.
25- Benjamini Y, Hochberg Y. Controlling the False Discovery Rate: A Practical and Powerful Approach to Multiple Testing. J R Sta. Soc Ser B Methodol. 1995; 57(1): 289-300.
26- Takahashi H, Carlson RW, Muszynski A, Choudhury B, Kim KS, Stephens DS, et al. Modification of lipooligosaccharide with phosphoethanolamine by LptA in Neisseria meningitidis enhances meningococcal adhesion to human endothelial and epithelial cells. Infect Immun. 2008; 76(12): 5777-89.
27- Ly NS, Yang J, Bulitta JB, Tsuji BT. Impact of two-component regulatory systems PhoP-PhoQ and PmrA-PmrB on colistin pharmacodynamics in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother. 2012; 56(6): 3453-6.
28- Guo H, Zhao T, Huang C, Chen J. The Role of the Two-Component System PhoP/PhoQ in Intrinsic Resistance of Yersinia enterocolitica to Polymyxin. Front Microbiol. 2022; 13: 758571.
29- Bishop RE, Gibbons HS, Guina T, Trent MS, Miller SI, Raetz CR. Transfer of palmitate from phospholipids to lipid A in outer membranes of gram-negative bacteria. EMBO. 2000; 19(19): 5071-80.
30- Rubin EJ, Herrera CM, Crofts AA, Trent MS. PmrD is required for modifications to escherichia coli endotoxin that promote antimicrobial resistance. AAC. 2015; 59(4): 2051-61.
31- Kawahara K. Variation, Modification and Engineering of Lipid A in Endotoxin of Gram-Negative Bacteria. Int J Mol Sci. 2021; 22(5).
32- Bishop RE. The lipid A palmitoyltransferase PagP: molecular mechanisms and role in bacterial pathogenesis. Molecular microbiology. 2005; 57(4): 900-12.
33- Elizabeth R, Baishya S, Kalita B, Wangkheimayum J, Choudhury MD, Chanda DD, et al. Colistin exposure enhances expression of eptB in colistin-resistant Escherichia coli co-harboring mcr-1. Scientific reports. 2022; 12(1): 1348.
34- Protonotariou E, Meletis G, Malousi A, Kotzamanidis C, Tychala A, Mantzana P, et al. First detection of mcr-1-producing Escherichia coli in Greece. J Glob Antimicrob Resist. 2022; 31: 252-5.
دوره 7، شماره 1
بهار و تابستان
شهریور 1403
صفحه 86-96

  • تاریخ دریافت 15 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 14 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش 19 دی 1402