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Artigo de método

Testando o papel de plasmídeos multicópia na evolução da resistência aos antibióticos

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DOI:

10.3791/57386

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2 de maio de 2018

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Neste artigo

Resumo

Aqui nós apresentamos um método experimental para testar o papel de plasmídeos multicópia na evolução da resistência aos antibióticos.

Resumo

Multicópia plasmídeos são extremamente abundantes em procariontes, mas seu papel na evolução bacteriana continua a ser mal compreendido. Recentemente mostramos que o aumento no número de cópia do gene por célula fornecido por plasmídeos multicópia poderia acelerar a evolução dos genes codificados do plasmídeo. Neste trabalho, apresentamos um sistema experimental para testar a capacidade de plasmídeos multicópia para promover a evolução do gene. Utilizando métodos simples de biologia molecular, construímos um sistema de modelo onde um gene de resistência a antibióticos pode ser inserido em MG1655 de Escherichia coli , o cromossomo ou em um plasmídeo multicópia. Nós usamos uma abordagem de evolução experimental para propagar as diferentes estirpes sob concentrações crescentes de antibióticos e medimos a sobrevivência das populações bacterianas ao longo do tempo. A escolha da molécula do antibiótica e o gene de resistência é para que o gene só pode conferir resistência através da aquisição de mutações. Esta abordagem de "resgate evolutivo" fornece um método simples para testar o potencial de plasmídeos multicópia para promover a aquisição de resistência aos antibióticos. Na próxima etapa do sistema experimental, caracterizam-se as bases moleculares da resistência aos antibióticos. Para identificar as mutações responsável pela aquisição da resistência aos antibióticos, nós usamos a profundo sequenciamento de DNA das amostras obtidas a partir de clones e populações inteiras. Finalmente, para confirmar o papel das mutações no gene em estudo, podemos reconstruí-los em segundo plano parental e teste o fenótipo de resistência das cepas resultantes.

Introdução

Resistência aos antibióticos em bactérias é um problema de saúde1. Em um nível fundamental, a propagação da resistência aos antibióticos em bactérias patogênicas é um exemplo simples da evolução por seleção natural2,3. Simplificando, o uso de antibióticos gera a seleção de cepas resistentes. Dos principais problemas em biologia evolutiva, portanto, é compreender os fatores que influenciam a capacidade das populações bacterianas de desenvolver resistência aos antibióticos. Experimentos de seleção surgiram como uma ferramenta muito poderosa para investigar a biologia evolutiva das bactéri....

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Protocolo

1. construção do sistema Experimental de codificação de Gene de resistência aos antibióticos

Nota: Aqui MG1655 de Escherichia coli foi usado como a destinatário estirpe do gene de resistência aos antibióticos plasmídeo ou cromossomo-codificado. O gene de resistência aos antibióticos é codificado no cromossomo ou de um plasmídeo multicópia em uma cepa isogénicas caso contrário (Figura 1).

  1. Inserção do gene da resistência aos antibióticos no λ do fago integração local (attB)20 do cromossomo de MG1655.
    1. Amplifica 500 bp-long regiões em a....

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Resultados

Em nosso trabalho anterior, a evolução do β-lactamase gene blaTEM-1 para conferir resistência para a terceira geração cefalosporina Ceftazidima12 foi investigada. Este gene foi selecionado porque, apesar de TEM-1 não confere resistência à Ceftazidima, mutações no blaTEM-1 podem ampliar o leque de atividade de TEM-1 para hidrolisar cefalosporinas como Ceftazidima29. As mutações em enzimas de resistência.......

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Discussão

Apresentamos um novo protocolo combinando a biologia molecular, evolução experimental e sequenciamento de DNA profundo visa investigar o papel de plasmídeos multicópia na evolução da resistência aos antibióticos em bactérias. Embora este protocolo combina técnicas de diferentes áreas, todos os métodos necessários para desenvolvê-la são simples e podem ser realizados em um laboratório de microbiologia regular. As etapas mais críticas no protocolo são provavelmente a construção de estirpes de sistema o modelo e a reconstru.......

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Divulgações

Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

Este trabalho foi financiado pelo Instituto de Salud Carlos III (plano Estatal de eu + D + eu 2013-2016): concede CP15-00012, PI16-00860 e CIBER (0053/CB06/02), co-financiado pelo Fundo Europeu Desenvolvimento Regional ' uma maneira de alcançar a Europa ' (FEDER). JAE é suportado pelo programa de atração de talento do governo da região de Madrid (2016-T1/BIO-1105) e a I + D de Excelencia de espanhol Ministerio de Economía, Industria y competitividade (BIO2017-85056-P). ASM é apoiado por uma bolsa de Servet Miguel do Instituto de Salud Carlos III (MS15/00012), co-financiado pelo Fundo Social Europeu "Investir no seu futuro" (FSE) e do FEDER.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
ThermocyclerBioRadC1000
ElectroporatorBiorRad1652660
Cubetas de ElectroporationSigma-AldrichZ706078
NanoDrop 2000/2000cThermo Fisher ScientificND-2000Determine a qualidade do DNA medindo as proporções de absorbância 260nm/280nm e 260nm/230nm
IncubadoraMemmertUF1060
Incubadora (agitador)Cole-Parmer LtdSI500
Fonte de alimentação de eletroforeseBioRad1645070Eletroforese em gel de agarose
Câmara de eletroforeseBioRad1704405Eletroforese em gel de agarose
PipetasBiohit725020, 725050, 725060, 725070
PipetasmulticanalBiohit728220, 728230,
728240
Leitor de placas Synergy HTXBioTekBTS1LF
Alças de inoculaçãoSigma-AldrichI8388
Falcon351172
LBBD DifcoDF0446-17-3
LB ágarFisher scientificBP1425-500
Phusion PolimeraseThermo Fisher ScientificF533S
Gibson AssemblyNew England BiolabsE2611S
Enzimas de resctricçãoFermentas FastDigest
AntibióticosSigma-Aldrich
QIAprep Spin Miniprep KitQiagen27104Kit de extração de plasmídeo
Kit de purificação de DNA genômico WizardKit de extração de gDNAPromegaA1120
DNeasy Blood & Kits de TecidosQiagen69506kit de extração de gDNA
Cubetas de eletroporaçãode Petri Z706078Sigma-Aldrich
Sigma-AldrichD9054
ClearLine390701
(-80º Thermo Fisher Scientific249945
QuantiFluor dsDNA SystemPromegaE2670Quantificação do DNA concentartion
AgaroseBioRad1613100Eletroforese em gel de agarose
50x tampão TAEBioRad1610743Eletroforese em gel de agarose
T4 Polinucleotídeo quinaseThermo Fisher ScientificEK0031
T4 DNA LigaseThermo Fisher ScientificEL0014
Placas de 96 poços Placas D9054 Placas de 96 poços

Referências

  1. Neill, J. TACKLING DRUG-RESISTANT INFECTIONS GLOBALLY: FINAL REPORT AND RECOMMENDATIONS. Review on Antimicrobal Resistance. , (2016).
  2. Palmer, A. C., Kishony, R. Understanding, predicting and manipulating the genotypic evolution of antibiotic resistance. Nat Rev Genet. 14 (4), 243-248 (2013).
  3. M....

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Reimpressões e permissões

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