Published June 2, 2023 | Version v1
Publication Open

Roles of qseC mutation in bacterial resistance against anti-lipopolysaccharide factor isoform 3 (ALFPm3)

Creators

  • 1. Mahidol University
  • 2. Chulalongkorn University
  • 3. Kasetsart University

Description

Propelled by global climate changes, the shrimp industry has been facing tremendous losses in production due to various disease outbreaks, particularly early mortality syndrome (EMS), a disease caused by Vibrio parahaemolyticus AHPND. Not only is the use of antibiotics as EMS control agents not yet been proven successful, but the overuse and misuse of antibiotics could also worsen one of the most challenging global health issues—antimicrobial resistance. To circumvent antibiotic usage, anti-lipopolysaccharide factor isoform 3 (ALF Pm 3), an antimicrobial peptide (AMP) derived from the shrimp innate immune system, was proposed as an antibiotic alternative for EMS control. However, prolonged use of AMPs could also lead to bacterial cross resistance with life-saving antibiotics used in human diseases. Here, we showed that ALF Pm 3-resistant strains of E . coli could be induced in vitro . Genome analysis of the resistant mutants revealed multiple mutations, with the most interesting being a qseC(L299R) . A study of antibiotic susceptibility profile showed that the resistant strains harboring the qseC(L299R) not only exhibited higher degree of resistance towards polymyxin antibiotics, but also produced higher biofilm under ALF Pm 3 stress. Lastly, a single cell death analysis revealed that, at early-log phase when biofilm is scarce, the resistant strains were less affected by ALF Pm 3 treatment, suggesting additional mechanisms by which qseC orchestrates to protect the bacteria from ALF Pm 3. Altogether, this study uncovers involvement of qseC mutation in mechanism of resistance of the bacteria against ALF Pm 3 paving a way for future studies on sustainable use of ALF Pm 3 as an EMS control agent.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تواجه صناعة الروبيان، مدفوعة بالتغيرات المناخية العالمية، خسائر هائلة في الإنتاج بسبب تفشي الأمراض المختلفة، ولا سيما متلازمة الوفيات المبكرة (EMS)، وهو مرض يسببه Vibrio parahaemolyticus AHPND. لم يثبت نجاح استخدام المضادات الحيوية كعوامل تحكم في EMS فحسب، بل إن الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وإساءة استخدامها يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تفاقم واحدة من أكثر مشكلات الصحة العالمية صعوبة - مقاومة مضادات الميكروبات. للتحايل على استخدام المضادات الحيوية، تم اقتراح عامل عديد السكاريد الشحمي المتساوي الشكل 3 (ALF Pm 3)، وهو ببتيد مضاد للميكروبات (AMP) مشتق من الجهاز المناعي الفطري للروبيان، كبديل للمضادات الحيوية للتحكم في EMS. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي الاستخدام المطول لـ AMPs أيضًا إلى مقاومة بكتيرية متقاطعة مع المضادات الحيوية المنقذة للحياة المستخدمة في الأمراض البشرية. هنا، أظهرنا أن السلالات المقاومة لـ ALF Pm 3 من E. coli يمكن أن تحدث في المختبر . كشف تحليل الجينوم للطفرات المقاومة عن طفرات متعددة، وأكثرها إثارة للاهتمام هو qseC (L299R) . أظهرت دراسة لملف قابلية المضادات الحيوية أن السلالات المقاومة التي تؤوي qseC (L299R) لم تظهر درجة أعلى من المقاومة تجاه المضادات الحيوية متعددة الميوكسين فحسب، بل أنتجت أيضًا غشاء حيويًا أعلى تحت ضغط ALF Pm 3. أخيرًا، كشف تحليل موت خلية واحدة أنه في مرحلة التسجيل المبكر عندما يكون الغشاء الحيوي نادرًا، كانت السلالات المقاومة أقل تأثرًا بعلاج ALF Pm 3، مما يشير إلى آليات إضافية يتم من خلالها تنسيق qseC لحماية البكتيريا من ALF Pm 3. إجمالاً، تكشف هذه الدراسة عن تورط طفرة qseC في آلية مقاومة البكتيريا ضد ALF Pm 3 مما يمهد الطريق للدراسات المستقبلية حول الاستخدام المستدام لـ ALF Pm 3 كعامل تحكم في EMS.

Translated Description (French)

Propulsée par les changements climatiques mondiaux, l'industrie de la crevette a été confrontée à d'énormes pertes de production en raison de diverses épidémies, en particulier le syndrome de mortalité précoce (SME), une maladie causée par Vibrio parahaemolyticus AHPND. Non seulement l'utilisation d'antibiotiques comme agents de contrôle du SME n'a pas encore fait ses preuves, mais la surutilisation et la mauvaise utilisation des antibiotiques pourraient également aggraver l'un des problèmes de santé mondiaux les plus difficiles : la résistance aux antimicrobiens. Pour contourner l'utilisation d'antibiotiques, l'isoforme 3 du facteur anti-lipopolysaccharide (ALF Pm 3), un peptide antimicrobien (AMP) dérivé du système immunitaire inné de la crevette, a été proposée comme alternative antibiotique pour le contrôle du SME. Cependant, l'utilisation prolongée des AMP pourrait également conduire à une résistance croisée bactérienne avec des antibiotiques vitaux utilisés dans les maladies humaines. Ici, nous avons montré que les souches ALF Pm 3-résistantes de E. coli pouvaient être induites in vitro . L'analyse génomique des mutants résistants a révélé de multiples mutations, la plus intéressante étant une qseC(L299R) . Une étude du profil de sensibilité aux antibiotiques a montré que les souches résistantes hébergeant le qseC(L299R) présentaient non seulement un degré de résistance plus élevé aux antibiotiques polymyxines, mais produisaient également un biofilm plus élevé sous le stress ALF Pm 3. Enfin, une analyse de mort cellulaire unique a révélé que, lors de la phase de log précoce lorsque le biofilm est rare, les souches résistantes étaient moins affectées par le traitement par ALF Pm 3, suggérant des mécanismes supplémentaires par lesquels qseC orchestre pour protéger les bactéries de ALF Pm 3. Dans l'ensemble, cette étude révèle l'implication de la mutation qseC dans le mécanisme de résistance de la bactérie contre ALF Pm 3, ouvrant la voie à de futures études sur l'utilisation durable d'ALF Pm 3 en tant qu'agent de contrôle EMS.

Translated Description (Spanish)

Impulsada por los cambios climáticos globales, la industria del camarón se ha enfrentado a enormes pérdidas en la producción debido a varios brotes de enfermedades, particularmente el síndrome de mortalidad temprana (EMS), una enfermedad causada por Vibrio parahaemolyticus AHPND. El uso de antibióticos como agentes de control de EMS aún no ha demostrado ser exitoso, pero el uso excesivo y el uso indebido de antibióticos también podrían empeorar uno de los problemas de salud mundial más desafiantes: la resistencia a los antimicrobianos. Para evitar el uso de antibióticos, se propuso la isoforma 3 del factor antilipopolisacárido (ALF Pm 3), un péptido antimicrobiano (AMP) derivado del sistema inmune innato del camarón, como una alternativa antibiótica para el control de EMS. Sin embargo, el uso prolongado de AMP también podría provocar resistencia cruzada bacteriana con antibióticos que salvan vidas utilizados en enfermedades humanas. Aquí, mostramos que las cepas de E. coli resistentes a ALF Pm 3 podrían inducirse in vitro . El análisis del genoma de los mutantes resistentes reveló múltiples mutaciones, siendo la más interesante una qseC(L299R) . Un estudio del perfil de susceptibilidad a los antibióticos mostró que las cepas resistentes que albergan el qseC(L299R) no solo exhibieron un mayor grado de resistencia a los antibióticos polimixina, sino que también produjeron una mayor biopelícula bajo estrés ALF Pm 3. Por último, un análisis de muerte unicelular reveló que, en la fase logarítmica temprana, cuando la biopelícula es escasa, las cepas resistentes se vieron menos afectadas por el tratamiento con ALF Pm 3, lo que sugiere mecanismos adicionales por los cuales qseC orquesta para proteger a las bacterias de ALF Pm 3. En conjunto, este estudio revela la participación de la mutación qseC en el mecanismo de resistencia de las bacterias contra ALF Pm 3, allanando el camino para futuros estudios sobre el uso sostenible de ALF Pm 3 como agente de control de EMS.

Files

journal.pone.0286764&type=printable.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:772c8c18638821e4d2a7dee4d9f7b2c2
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أدوار طفرة qseC في المقاومة البكتيرية ضد عامل عديد السكاريد الشحمي المتساوي الشكل 3 (ALFPm3)
Translated title (French)
Rôles de la mutation qseC dans la résistance bactérienne contre l'isoforme 3 du facteur anti-lipopolysaccharide (ALFPm3)
Translated title (Spanish)
Papeles de la mutación qseC en la resistencia bacteriana contra la isoforma 3 del factor antilipopolisacárido (ALFPm3)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4379114452
DOI
10.1371/journal.pone.0286764

Is supplement to
https://openalex.org/W4321458732 (Other)
https://openalex.org/W3013366321 (Other)
https://openalex.org/W2883108589 (Other)
https://openalex.org/W2126407448 (Other)
https://openalex.org/W2125691904 (Other)
https://openalex.org/W2079625624 (Other)
https://openalex.org/W2004254765 (Other)
https://openalex.org/W200174347 (Other)
https://openalex.org/W1990506242 (Other)
https://openalex.org/W1540936366 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1961220478
  • https://openalex.org/W1967056998
  • https://openalex.org/W1992359824
  • https://openalex.org/W2014865051
  • https://openalex.org/W2030556925
  • https://openalex.org/W2032394493
  • https://openalex.org/W2032397788
  • https://openalex.org/W2034394379
  • https://openalex.org/W2038255066
  • https://openalex.org/W2042684813
  • https://openalex.org/W2042749540
  • https://openalex.org/W2045123850
  • https://openalex.org/W2046364391
  • https://openalex.org/W2050334727
  • https://openalex.org/W2061126505
  • https://openalex.org/W2071319078
  • https://openalex.org/W2081757228
  • https://openalex.org/W2090183419
  • https://openalex.org/W2094420829
  • https://openalex.org/W2100208618
  • https://openalex.org/W2107554012
  • https://openalex.org/W2120263648
  • https://openalex.org/W2125603952
  • https://openalex.org/W2132223472
  • https://openalex.org/W2136109814
  • https://openalex.org/W2138391610
  • https://openalex.org/W2138779519
  • https://openalex.org/W2148371058
  • https://openalex.org/W2153972223
  • https://openalex.org/W2167279371
  • https://openalex.org/W2239738725
  • https://openalex.org/W2325053044
  • https://openalex.org/W2334930317
  • https://openalex.org/W2342937250
  • https://openalex.org/W2347137046
  • https://openalex.org/W2529078122
  • https://openalex.org/W25506647
  • https://openalex.org/W2573553863
  • https://openalex.org/W2602501859
  • https://openalex.org/W2606784999
  • https://openalex.org/W2606901758
  • https://openalex.org/W2735061287
  • https://openalex.org/W2755440815
  • https://openalex.org/W2786890762
  • https://openalex.org/W2789414399
  • https://openalex.org/W2795357297
  • https://openalex.org/W2912235843
  • https://openalex.org/W2960142415
  • https://openalex.org/W2972146651
  • https://openalex.org/W2981285269
  • https://openalex.org/W2988266063
  • https://openalex.org/W2994516839
  • https://openalex.org/W3082689849
  • https://openalex.org/W3110450531
  • https://openalex.org/W3114978647
  • https://openalex.org/W3188677414
  • https://openalex.org/W4211050126
  • https://openalex.org/W4230690150
  • https://openalex.org/W4238077010
  • https://openalex.org/W4282913547
  • https://openalex.org/W4291020097
  • https://openalex.org/W4302304922