Farklı seviyelerde ampisilin dirençli Escherichia coli suşlarının direnç mekanizmalarının genomik ve transkriptomik analizi

Abstract

Antibiyotik direnci, enfeksiyon hastalıkları ile mücadelede önemli bir sorundur. Mikroorganizmaların direnç seviyesindeki farklılıklar, antibiyotik direnç mekanizmalarının anlaşılmasında zorluklara neden olmaktadır. Bu nedenle antibiyotik direnç seviyesindeki farklılıkların altında yatan moleküler nedenlerin aydınlatılması gerekmektedir. Bunu yapmak için, ampisilin antibiyotiğine adaptif direnç kazandırılmış farklı direnç seviyelerine sahip üç Escherichia coli suşunda genomik ve transkriptomik analizler gerçekleştirilmiştir. Farklı seviyede direnç gösteren suşların tüm genom dizilemesi sonucunda, 10 kat dirençli suşlarda 5 mutasyon tespit edilirken 95 kat dirence sahip suşta bunlara ek olarak 2 mutasyon daha tespit edilmiştir. Toplamda yedi mutasyondan 3 tanesi sadece tek baz değişimi şeklinde ortaya çıkmışken diğer 4 tanesi insersiyon yada delesyon olarak ortaya çıkmıştır. 10 katlık direnç seviyesine ulaşılmasında ftsI, marAR ve rpoC genlerinde bulunan mutasyonların etkisi ile ulaşıldığı düşünülürken, 95 katlık direnç seviyesine tespit edilen 5 mutasyon ile ampC mutasyonunun sinerjistik etkisi ile ulaşıldığı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra genel transkriptomik profiller incelendiğinde benzer transkriptomik yanıtların indüklendiği gözlendi. Bu çalışma farklı direnç seviyelerine sahip bakterilerdeki direnç mekanizmalarına bakış açımızı geliştirecek ve ampisilin dirençli E. coli suşlarında antibiyotik direncinin moleküler mekanizmasını anlamamız için temel oluşturacaktır.

Antibiotic resistance is a major challenge in the fight against infectious diseases. Differences in the resistance levels of microorganisms cause great difficulties in understanding the mechanisms of antibiotic resistance. The molecular reasons for the differences in antibiotic resistance must therefore be clarified. For this purpose, genomic and transcriptomic analyzes were performed on three Escherichia coli strains with varying degrees of adaptive resistance to ampicillin. Whole genome sequencing of strains with different levels of resistance detected 5 mutations in strains with 10-fold resistance and 2 additional mutations in strains with 95-fold resistance. Overall, 3 of the seven mutations occurred as a single base change, while the other 4 occurred as insertions or deletions. While it was thought that 10-fold resistance was achieved by the effect of mutations in the ftsI, marAR, and rpoC genes, it was found that 95-fold resistance was achieved by the synergistic effect of 5 mutations and the ampC mutation. In addition, when the general transcriptomic profiles were examined, it was found that similar transcriptomic responses were elicited in strains with different levels of resistance. This study will improve our view of resistance mechanisms in bacteria with different levels of resistance and provide the basis for our understanding of the molecular mechanism of antibiotic resistance in ampicillin-resistant E. coli strains.