Published August 28, 2019
| Version v1
Publication
Open
Effect of Environment on the Evolutionary Trajectories and Growth Characteristics of Antibiotic-Resistant Escherichia coli Mutants
Creators
- 1. Liverpool School of Tropical Medicine
- 2. University College London
- 3. Malawi-Liverpool-Wellcome Trust Clinical Research Programme
- 4. University of Liverpool
- 5. University of Malawi
Description
The fitness cost to bacteria of acquisition of resistance determinants is critically under-investigated, and the identification and exploitation of these fitness costs may lead to novel therapeutic strategies that prevent the emergence of antimicrobial resistance. Here we used Escherichia coli and amoxicillin-clavulanic acid (AMC) resistance as a model to understand how the artificial environments utilised in studies of bacterial fitness could affect the emergence of resistance and associated fitness costs. Further, we explored the predictive value of this data when strains were grown in the more physiologically relevant environments of urine and urothelial organoids. Resistant E. coli isolates were selected for following 24-hour exposure to sub-inhibitory concentrations of AMC in either M9, ISO or LB, followed by growth on LB agar containing AMC. No resistant colonies emerged following growth in M9, whereas resistant isolates were detected from cultures grown in ISO and LB. We observed both within and between media-type variability in the levels of resistance and fitness of the resistant mutants grown in LB. MICs and fitness of these resistant strains in different media (M9, ISO, LB, human urine and urothelial organoids) showed considerable variation. Media can therefore have a direct effect on the isolation of mutants that confer resistance to AMC and these mutants can exhibit unpredictable MIC and fitness profiles under different growth conditions. This study highlights the risks in relying on a single culture protocol as a model system to predict the behaviour and treatment response of bacteria in vivo and highlights the importance of developing comprehensive experimental designs to ensure effective translation of diagnostic procedures to successful clinical outcomes.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم التقليل بشكل كبير من تكلفة اللياقة البدنية للبكتيريا لاكتساب محددات المقاومة، وقد يؤدي تحديد واستغلال تكاليف اللياقة البدنية هذه إلى استراتيجيات علاجية جديدة تمنع ظهور مقاومة مضادات الميكروبات. هنا استخدمنا الإشريكية القولونية ومقاومة حمض الأموكسيسيلين- كلافولانيك (AMC) كنموذج لفهم كيف يمكن للبيئات الاصطناعية المستخدمة في دراسات اللياقة البكتيرية أن تؤثر على ظهور المقاومة وتكاليف اللياقة المرتبطة بها. علاوة على ذلك، استكشفنا القيمة التنبؤية لهذه البيانات عندما نمت السلالات في البيئات الأكثر ملاءمة من الناحية الفسيولوجية للبول والعضويات البولية. تم اختيار عزلات الإشريكية القولونية المقاومة لمتابعة التعرض على مدار 24 ساعة للتركيزات المثبطة الفرعية لـ AMC في M9 أو ISO أو LB، متبوعة بالنمو على أجار LB المحتوي على AMC. لم تظهر مستعمرات مقاومة بعد النمو في M9، في حين تم اكتشاف عزلات مقاومة من المزارع المزروعة في ISO و LB. لاحظنا كل من التباين داخل وبين نوع الوسائط في مستويات المقاومة واللياقة البدنية للطفرات المقاومة التي تنمو في LB. أظهرت الميكروفونات ولياقة هذه السلالات المقاومة في وسائط مختلفة (M9، ISO، LB، البول البشري والأعضاء البولية) تباينًا كبيرًا. لذلك يمكن أن يكون لوسائل الإعلام تأثير مباشر على عزل الطفرات التي تمنح مقاومة لـ AMC ويمكن أن تظهر هذه الطفرات ملفات تعريف الميكروفون واللياقة البدنية التي لا يمكن التنبؤ بها في ظل ظروف نمو مختلفة. تسلط هذه الدراسة الضوء على المخاطر في الاعتماد على بروتوكول مستنبت واحد كنظام نموذجي للتنبؤ بسلوك واستجابة علاج البكتيريا في الجسم الحي وتسلط الضوء على أهمية تطوير تصاميم تجريبية شاملة لضمان الترجمة الفعالة للإجراءات التشخيصية إلى نتائج سريرية ناجحة.Translated Description (French)
Le coût de mise en forme pour les bactéries de l'acquisition de déterminants de la résistance est sous-investigué de manière critique, et l'identification et l'exploitation de ces coûts de mise en forme peuvent conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques qui empêchent l'émergence de la résistance aux antimicrobiens. Ici, nous avons utilisé Escherichia coli et la résistance à l'amoxicilline-acide clavulanique (AMC) comme modèle pour comprendre comment les environnements artificiels utilisés dans les études de fitness bactérien pourraient affecter l'émergence de la résistance et les coûts de fitness associés. En outre, nous avons exploré la valeur prédictive de ces données lorsque les souches ont été cultivées dans les environnements les plus physiologiquement pertinents de l'urine et des organoïdes urothéliaux. Les isolats d'E. coli résistants ont été sélectionnés pour suivre une exposition de 24 heures à des concentrations sous-inhibitrices d'AMC dans M9, ISO ou LB, suivie d'une croissance sur gélose LB contenant de l'AMC. Aucune colonie résistante n'est apparue après la croissance de M9, tandis que des isolats résistants ont été détectés à partir de cultures cultivées en ISO et LB. Nous avons observé une variabilité de type médium à l'intérieur et entre les niveaux de résistance et d'aptitude des mutants résistants cultivés dans LB. Les CMI et l'aptitude de ces souches résistantes dans différents milieux (M9, ISO, LB, urine humaine et organoïdes urothéliaux) ont montré des variations considérables. Les milieux peuvent donc avoir un effet direct sur l'isolement des mutants qui confèrent une résistance à l'AMC et ces mutants peuvent présenter des profils de MIC et de fitness imprévisibles dans différentes conditions de croissance. Cette étude met en évidence les risques de s'appuyer sur un protocole de culture unique en tant que système modèle pour prédire le comportement et la réponse au traitement des bactéries in vivo et souligne l'importance de développer des modèles expérimentaux complets pour assurer une traduction efficace des procédures de diagnostic en résultats cliniques réussis.Translated Description (Spanish)
El coste de la aptitud para las bacterias de la adquisición de determinantes de resistencia está muy poco investigado, y la identificación y explotación de estos costes de aptitud puede conducir a nuevas estrategias terapéuticas que prevengan la aparición de resistencia a los antimicrobianos. Aquí utilizamos Escherichia coli y la resistencia al ácido amoxicilina-clavulánico (AMC) como modelo para comprender cómo los entornos artificiales utilizados en los estudios de aptitud bacteriana podrían afectar la aparición de resistencia y los costos de aptitud asociados. Además, exploramos el valor predictivo de estos datos cuando las cepas se cultivaron en los entornos fisiológicamente más relevantes de la orina y los organoides uroteliales. Se seleccionaron aislados de E. coli resistentes para después de la exposición de 24 horas a concentraciones subinhibitorias de AMC en M9, ISO o LB, seguido de crecimiento en agar LB que contenía AMC. No surgieron colonias resistentes después del crecimiento en M9, mientras que se detectaron aislados resistentes de cultivos cultivados en ISO y LB. Observamos tanto dentro como entre la variabilidad de tipo medio en los niveles de resistencia y aptitud de los mutantes resistentes cultivados en LB. Las CIM y la aptitud de estas cepas resistentes en diferentes medios (M9, ISO, LB, orina humana y organoides uroteliales) mostraron una variación considerable. Por lo tanto, los medios pueden tener un efecto directo sobre el aislamiento de mutantes que confieren resistencia a AMC y estos mutantes pueden exhibir perfiles de MIC y aptitud impredecibles en diferentes condiciones de crecimiento. Este estudio destaca los riesgos de confiar en un único protocolo de cultivo como sistema modelo para predecir el comportamiento y la respuesta al tratamiento de las bacterias in vivo y destaca la importancia de desarrollar diseños experimentales integrales para garantizar la traducción efectiva de los procedimientos de diagnóstico a resultados clínicos exitosos.Files
pdf.pdf
Files
(1.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7d37f291614cc1d688b1baa244c5240a
|
1.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير البيئة على المسارات التطورية وخصائص نمو مسوخ الإشريكية القولونية المقاومة للمضادات الحيوية
- Translated title (French)
- Effet de l'environnement sur les trajectoires évolutives et les caractéristiques de croissance des mutants résistants aux antibiotiques d'Escherichia coli
- Translated title (Spanish)
- Efecto del entorno sobre las trayectorias evolutivas y las características de crecimiento de mutantes de Escherichia coli resistentes a antibióticos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2968073706
- DOI
- 10.3389/fmicb.2019.02001
References
- https://openalex.org/W114285225
- https://openalex.org/W1878295921
- https://openalex.org/W1961504819
- https://openalex.org/W1964168847
- https://openalex.org/W1967600116
- https://openalex.org/W1997152162
- https://openalex.org/W1999396043
- https://openalex.org/W2007156695
- https://openalex.org/W2018632977
- https://openalex.org/W2024933647
- https://openalex.org/W2058935505
- https://openalex.org/W2076770545
- https://openalex.org/W2082774864
- https://openalex.org/W2095824770
- https://openalex.org/W2096093282
- https://openalex.org/W2097796544
- https://openalex.org/W2117043113
- https://openalex.org/W2120902911
- https://openalex.org/W2123724054
- https://openalex.org/W2124772160
- https://openalex.org/W2126532797
- https://openalex.org/W2134852597
- https://openalex.org/W2143325926
- https://openalex.org/W2148050511
- https://openalex.org/W2152161931
- https://openalex.org/W2157247880
- https://openalex.org/W2157261845
- https://openalex.org/W2163186898
- https://openalex.org/W2165796846
- https://openalex.org/W2166304541
- https://openalex.org/W2168674774
- https://openalex.org/W2253216140
- https://openalex.org/W2290768068
- https://openalex.org/W2471610961
- https://openalex.org/W2547337573
- https://openalex.org/W2566156273
- https://openalex.org/W2588242483
- https://openalex.org/W2593622592
- https://openalex.org/W2598050964
- https://openalex.org/W2609213932
- https://openalex.org/W2625135270
- https://openalex.org/W2728059765
- https://openalex.org/W2737419044
- https://openalex.org/W2748706728
- https://openalex.org/W2755522297
- https://openalex.org/W2785555626
- https://openalex.org/W2789422248
- https://openalex.org/W2794070260
- https://openalex.org/W2808352813
- https://openalex.org/W2809994582
- https://openalex.org/W2883463649
- https://openalex.org/W2886813807
- https://openalex.org/W2891024999
- https://openalex.org/W2898638656
- https://openalex.org/W2905988983
- https://openalex.org/W2949375600
- https://openalex.org/W2953055967