Nycklar till spridningen av antibiotikaresistens kartlagda i ny studie
Forskare har genomfört en omfattande kartläggning av plasmiden pOXA-48, en viktig bärare av antibiotikaresistens. Studien, som kombinerar genetisk analys och experimentella metoder, avslöjar nya insikter om hur denna plasmid upprätthålls, överförs och bidrar till spridningen av resistenta bakterier.
En detaljerad genetisk karta
Forskargruppen inledde med att sekvensera pOXA-48-plasmiden från Klebsiella pneumoniae. Denna plasmid, som är drygt 63 000 baspar lång, visade sig vara mycket lik en annan plasmid, IncM pCTX-M3. Analysen identifierade 83 gener, varav många är involverade i överföring och replikation. Intressant nog var nästan hälften av dessa gener tidigare okända.
För att utforska dessa okända faktorer skapade forskarna ett bibliotek av mutanter med transposoninsertioner i pOXA-48-plasmiden. Detta bibliotek användes sedan i konjugationsexperiment, där plasmiden överfördes mellan bakterier. Genom att analysera vilka gener som var viktiga för överföringen kunde forskarna identifiera nyckelkomponenter i processen.
Viktiga gener för plasmidens överlevnad
Studien identifierade flera gener som är nödvändiga för att pOXA-48-plasmiden ska kunna upprätthållas i bakteriecellen. Bland dessa fanns gener involverade i replikation, såsom repA, repB och repC, samt gener som är viktiga för plasmidens stabilitet, parA och parB. Forskarna fann också att en tidigare okänd gen, orf20, spelar en avgörande roll för plasmidens överlevnad.
”Våra resultat visar att orf20 är essentiell för plasmidens stabilitet,” säger en av forskarna bakom studien. ”Utan den här genen kan plasmiden inte upprätthållas i bakteriecellen.”
Ett nytt toxin-antitoxinsystem
En av de mest spännande upptäckterna var identifieringen av ett nytt toxin-antitoxinsystem (TA-system) på pOXA-48-plasmiden. TA-system är genetiska moduler som bidrar till plasmidens stabilitet genom att döda bakterieceller som förlorar plasmiden. Det nyupptäckta systemet, som består av toxinet DqlB och antitoxinet agrB, visade sig vara viktigt för pOXA-48:s överlevnad.
Forskarna visade att DqlB är giftigt för bakterier och att agrB skyddar mot denna toxicitet. De fann också att agrB fungerar som ett antitoxin genom att binda till DqlB:s mRNA och förhindra translation. Vidare visade de att detta TA-system är vanligt förekommande i andra plasmider, vilket tyder på att det kan spela en viktig roll för spridningen av antibiotikaresistens.
Nya faktorer för plasmidöverföring
Studien identifierade också nya faktorer som är viktiga för överföringen av pOXA-48-plasmiden. Förutom de välkända tra– och trb-generna, som kodar för komponenter i typ IV-sekretionssystemet (T4SS), fann forskarna att två tidigare okända proteiner, Orf36.1 och Orf38, spelar en viktig roll för konjugationen. Särskilt Orf38 visade sig vara avgörande för överföringseffektiviteten.
Genom bioinformatiska analyser fann forskarna att Orf38 har strukturella likheter med DotN, en komponent i T4SS i Legionella pneumophila. Detta tyder på att Orf38 kan vara en del av ett multimeriskt komplex som är involverat i igenkänningen av sekretoriska effektorer.
Gener som begränsar plasmidöverföring
Slutligen identifierade studien gener som verkar begränsa plasmidöverföringen. Genom att inaktivera dessa gener kunde forskarna öka konjugationseffektiviteten. Bland dessa gener fanns orf32 och repC. Inaktivering av repC ledde till en ökning av plasmidkopieantalet och ökad resistens mot imipenem.
Forskarna fann också att genen excA fungerar som en exklusionsgen, vilket förhindrar att bakterieceller som redan bär pOXA-48-plasmiden tar upp ytterligare plasmider. Inaktivering av excA ökade plasmidkopieantalet och konjugationseffektiviteten.
Implikationer för framtida forskning
Denna studie ger värdefulla insikter om de genetiska mekanismerna som styr spridningen av antibiotikaresistens. Genom att identifiera nyckelkomponenter i plasmidens upprätthållande och överföring kan forskare utveckla nya strategier för att bekämpa resistenta bakterier. Studien understryker också vikten av att studera tidigare okända gener och deras roll i bakteriell fysiologi.
- Identifiering av nya gener som är viktiga för plasmidens överlevnad och överföring.
- Upptäckt av ett nytt toxin-antitoxinsystem som bidrar till plasmidens stabilitet.
- Insikter om hur gener som begränsar plasmidöverföringen kan påverka spridningen av antibiotikaresistens.
Framtida forskning bör fokusera på att utforska de exakta funktionerna hos de nyupptäckta generna och deras interaktioner med andra komponenter i bakteriella celler. Detta kan leda till utvecklingen av nya läkemedel och strategier för att förhindra spridningen av antibiotikaresistens.
Stay safe, stay compliant — safeguard your water systems the smart way with Tempivo.
