Ympäristön ravinnepitoisuuden vaikutus konjugatiivisten ESBL-plasmidien kykyyn pelastaa antibiooteille alttiita bakteereja tappavassa antibioottipitoisuudessa horisontaalisen geeninsiirron avulla

Abstract

Antibioottivastustuskyvyn leviäminen bakteerikantojen välillä horisontaalisen geeninsiirron avulla on merkittävä ja kasvava maailmanlaajuinen ongelma ihmisten terveydelle. Siirtämällä konjugaation avulla laajakirjoisia β-laktamaasi (ESBL)–geenejä tuottavia plasmideja vastustuskykyiset bakteerikannat pystyvät pelastamaan antibiooteille alttiita bakteereja myös tappavassa antibioottialtistuksessa. Tämä tutkimus pyrkii selvittämään mikä on bakteerien ympäristön ravinnepitoisuuden vaikutus tähän pelastuskykyyn. Viittä eri ESBLplasmideja sisältävää JM109 E.coli-kantaa kasvatettiin yhdessä ampisilliinille alttiin HMS174 E.coli-kannan kanssa 5% ja 100% ravinnetasossa sekä ilman antibioottia, että tappavassa ampisilliinikonsentraatiossa. Ampisilliinivastustuskyvyn siirtymistä ESBL-plasmidien mukana tutkittiin kasvattamalla näytteitä kasvatuksista ampisilliiniä ja rifampisiiniä sisältävillä maljoilla joilla vain ESBLplasmidin sisältävät HMS174 transkonjugantit pystyvät kasvamaan. Tulokset osoittivat että eri plasmidien kyky siirtyä bakteerikantojen välillä vaihtelee merkittävästi. Ravinteiden määrä, antibioottivalinta ja plasmidien ominaisuudet, kuten niiden koko, vaikuttavat voimakkaasti konjugaatiotehokkuuteen. Tutkimuksen tulokset voivat auttaa ymmärtämään antibioottiresistenssin evoluutiota ESBL-bakteerien infektoimissa potilaissa.

The spread of antibiotic resistance between bacterial strains by plasmid-mediated conjugative horizontal gene transfer is a significant and growing global threat to human welfare. Resistant bacterial strains can rescue susceptible bacteria by conjugative transfer of extended spectrum β-lactamase (ESBL)-genes containing plasmids in lethal antibiotic concentrations. This study aims to investigate how the nutritional level of the environment effects this rescue potential. Five different ESBL-plasmid containig JM109 E.coli-srains were grown together with an ampicillin susceptible HMS174 E.coli-strain in 5% and 100% nutritional levels with and without antibiotic selection. The transfer of ampicillin resistance was studied by growing samples on plates containig ampicillin and rifampicin, on which only the ESBL-plasmid containing HMS174 transconjugants could grow. The ability of these plasmids to transfer themselves conjugatively between bacterial strains varied significantly. The amount of nutrients, antibiotic selection and the properties of the plasmids, such as their size, have a stong effect on the efficiency of conjugational gene transfer. The results of the study may help to understand the evolution of resistance in patients infected by ESBL-bacteria.