Published October 17, 2023
| Version v1
Publication
A novel coli myophage and antibiotics synergistically inhibit the growth of the uropathogenic <i>E. coli</i> strain CFT073 in stoichiometric niches
Creators
- 1. Chulalongkorn University
- 2. Mahidol University
- 3. Chiang Mai University
Description
Urinary tract infections are widespread bacterial infections affecting millions of people annually, with Escherichia coli being the most prevalent. Although phage therapy has recently gained interest as a promising alternative therapy for antibiotic-resistant bacteria, several studies have raised concerns regarding the evolution of phage resistance, making the therapy ineffective. In this study, we discover a novel coli myophage designated as Killian that targets E. coli strains, including the uropathogenic E. coli (UPEC) strain CFT073. It requires at least 20 minutes for 90% of its particles to adsorb to the host cells, undergoes subcellular activities for replication for 30 minutes, and eventually lyses the cells with a burst size of about 139 particles per cell. Additionally, Killian can withstand a wide variety of temperatures (4-50°C) and pHs (4-10). Genome analysis reveals that Killian's genome consists of 169,905 base pairs with 35.5% GC content, encoding 276 open reading frames; of these, 209 are functionally annotated with no undesirable genes detected, highlighting its potential as an antibiotic alternative against UPEC. However, after an 8-hour phage treatment at high multiplicities of infection, bacterial density continuously increases, indicating an onset of bacterial growth revival. Thus, the combination study between the phage and three different antibiotics, including amikacin, ciprofloxacin, and piperacillin, was performed and showed that certain pairs of phage and antibiotics exhibited synergistic interactions in suppressing the bacterial growth revival. These findings suggest that Killian-antibiotic combinations are effective in inhibiting the growth of UPEC. IMPORTANCE Phage therapy has recently been in the spotlight as a viable alternative therapy for bacterial infections. However, several studies have raised concerns about the emergence of phage resistance that occurs during treatment, making the therapy not much effective. Here, we present the discovery of a novel E. coli myophage that, by itself, can effectively kill the uropathogenic E. coli, but the emergence of bacterial growth revival was detected during the treatment. Phage and antibiotics are then combined to improve the efficiency of the phage in suppressing the bacterial re-growth. This research would pave the way for the future development of phage-antibiotic cocktails for the sustainable use of phages for therapeutic purposes.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
التهابات المسالك البولية هي التهابات بكتيرية منتشرة على نطاق واسع تصيب ملايين الأشخاص سنويًا، والإشريكية القولونية هي الأكثر انتشارًا. على الرغم من أن العلاج بالعاثية قد اكتسب اهتمامًا مؤخرًا كعلاج بديل واعد للبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، فقد أثارت العديد من الدراسات مخاوف بشأن تطور مقاومة العاثية، مما يجعل العلاج غير فعال. في هذه الدراسة، نكتشف عاثية قولونية جديدة تسمى كيليان تستهدف سلالات الإشريكية القولونية، بما في ذلك سلالة الإشريكية القولونية البولية (UPEC) CFT073. يتطلب الأمر 20 دقيقة على الأقل لامتصاص 90 ٪ من جزيئاته إلى الخلايا المضيفة، ويخضع لأنشطة تحت خلوية للتكاثر لمدة 30 دقيقة، وفي النهاية يحلل الخلايا بحجم انفجار يبلغ حوالي 139 جسيمًا لكل خلية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لكيليان تحمل مجموعة واسعة من درجات الحرارة (4-50 درجة مئوية) ودرجات الحموضة (4-10). يكشف تحليل الجينوم أن جينوم كيليان يتكون من 169،905 زوجًا أساسيًا بنسبة 35.5 ٪ من محتوى GC، مع ترميز 276 إطار قراءة مفتوح ؛ من بينها، 209 مشروحة وظيفيًا دون اكتشاف جينات غير مرغوب فيها، مما يسلط الضوء على إمكاناتها كبديل للمضادات الحيوية ضد UPEC. ومع ذلك، بعد علاج العاثية لمدة 8 ساعات في حالات العدوى المتعددة، تزداد الكثافة البكتيرية باستمرار، مما يشير إلى بداية انتعاش النمو البكتيري. وهكذا، أجريت الدراسة المركبة بين الملتهمة وثلاثة مضادات حيوية مختلفة، بما في ذلك الأميكاسين والسيبروفلوكساسين والبيبيراسيلين، وأظهرت أن أزواجًا معينة من الملتهمة والمضادات الحيوية أظهرت تفاعلات تآزرية في قمع إحياء النمو البكتيري. تشير هذه النتائج إلى أن تركيبات كيليان- المضادات الحيوية فعالة في تثبيط نمو UPEC. تم تسليط الضوء مؤخرًا على أهمية العلاج بالعاثية كعلاج بديل قابل للتطبيق للعدوى البكتيرية. ومع ذلك، أثارت العديد من الدراسات مخاوف بشأن ظهور مقاومة العاثية التي تحدث أثناء العلاج، مما يجعل العلاج غير فعال كثيرًا. هنا، نقدم اكتشاف بكتيريا الإشريكية القولونية الجديدة التي، في حد ذاتها، يمكن أن تقتل بشكل فعال الإشريكية القولونية البولية، ولكن تم اكتشاف ظهور إحياء النمو البكتيري أثناء العلاج. ثم يتم الجمع بين العاثية والمضادات الحيوية لتحسين كفاءة العاثية في قمع إعادة النمو البكتيري. سيمهد هذا البحث الطريق للتطوير المستقبلي للكوكتيلات المضادة للمضادات الحيوية للاستخدام المستدام للعاثيات للأغراض العلاجية.Translated Description (French)
Les infections des voies urinaires sont des infections bactériennes répandues qui touchent des millions de personnes chaque année, Escherichia coli étant la plus répandue. Bien que la phagothérapie ait récemment suscité de l'intérêt en tant que thérapie alternative prometteuse pour les bactéries résistantes aux antibiotiques, plusieurs études ont soulevé des préoccupations concernant l'évolution de la résistance aux phages, rendant la thérapie inefficace. Dans cette étude, nous découvrons un nouveau myophage de coli appelé Killian qui cible les souches d'E. coli, y compris la souche uropathogène d'E. coli (UPEC) CFT073. Il faut au moins 20 minutes pour que 90 % de ses particules s'adsorbent sur les cellules hôtes, subissent des activités subcellulaires pour la réplication pendant 30 minutes, et finissent par lyser les cellules avec une taille d'éclatement d'environ 139 particules par cellule. De plus, Killian peut résister à une grande variété de températures (4 à 50 °C) et de pH (4 à 10). L'analyse du génome révèle que le génome de Killian se compose de 169 905 paires de bases avec une teneur en GC de 35,5 %, codant 276 cadres de lecture ouverts ; parmi ceux-ci, 209 sont fonctionnellement annotés sans gènes indésirables détectés, mettant en évidence son potentiel en tant qu'alternative antibiotique contre l'UPEC. Cependant, après un traitement phagique de 8 heures à des multiplicités élevées d'infections, la densité bactérienne augmente continuellement, indiquant un début de reprise de la croissance bactérienne. Ainsi, l'étude de combinaison entre le phage et trois antibiotiques différents, dont l'amikacine, la ciprofloxacine et la pipéracilline, a été réalisée et a montré que certaines paires de phages et d'antibiotiques présentaient des interactions synergiques dans la suppression de la relance de la croissance bactérienne. Ces résultats suggèrent que les combinaisons Killian-antibiotiques sont efficaces pour inhiber la croissance de l'UPEC. IMPORTANCE La phagothérapie a récemment été mise à l'honneur en tant que thérapie alternative viable pour les infections bactériennes. Cependant, plusieurs études ont soulevé des préoccupations quant à l'émergence d'une résistance aux phages qui se produit pendant le traitement, ce qui rend le traitement peu efficace. Nous présentons ici la découverte d'un nouveau myophage d'E. coli qui, à lui seul, peut tuer efficacement l'E. coli uropathogène, mais l'émergence d'une relance de la croissance bactérienne a été détectée au cours du traitement. Le phage et les antibiotiques sont ensuite combinés pour améliorer l'efficacité du phage dans la suppression de la repousse bactérienne. Cette recherche ouvrirait la voie au développement futur de cocktails phages-antibiotiques pour l'utilisation durable des phages à des fins thérapeutiques.Translated Description (Spanish)
Las infecciones del tracto urinario son infecciones bacterianas generalizadas que afectan a millones de personas anualmente, siendo Escherichia coli la más prevalente. Aunque la terapia con fagos ha ganado interés recientemente como una terapia alternativa prometedora para las bacterias resistentes a los antibióticos, varios estudios han planteado preocupaciones con respecto a la evolución de la resistencia a los fagos, lo que hace que la terapia sea ineficaz. En este estudio, descubrimos un nuevo miofago de coli designado como Killian que se dirige a cepas de E. coli, incluida la cepa CFT073 de E. coli uropatógena (UPEC). Requiere al menos 20 minutos para que el 90% de sus partículas se adsorban a las células huésped, experimenta actividades subcelulares para la replicación durante 30 minutos y, finalmente, lisa las células con un tamaño de ráfaga de aproximadamente 139 partículas por célula. Además, Killian puede soportar una amplia variedad de temperaturas (4-50 °C) y pH (4-10). El análisis del genoma revela que el genoma de Killian consta de 169.905 pares de bases con un contenido de GC del 35,5%, codificando 276 marcos de lectura abiertos; de estos, 209 están anotados funcionalmente sin genes indeseables detectados, destacando su potencial como alternativa antibiótica contra la UPEC. Sin embargo, después de un tratamiento con fagos de 8 horas a altas multiplicidades de infección, la densidad bacteriana aumenta continuamente, lo que indica un inicio de reactivación del crecimiento bacteriano. Por lo tanto, se realizó el estudio de combinación entre el fago y tres antibióticos diferentes, que incluyen amikacina, ciprofloxacina y piperacilina, y mostró que ciertos pares de fagos y antibióticos exhibieron interacciones sinérgicas en la supresión del resurgimiento del crecimiento bacteriano. Estos hallazgos sugieren que las combinaciones de antibióticos Killian son efectivas para inhibir el crecimiento de UPEC. IMPORTANCIA LA terapia con fagos ha estado recientemente en el centro de atención como una terapia alternativa viable para las infecciones bacterianas. Sin embargo, varios estudios han planteado preocupaciones sobre la aparición de resistencia a los fagos que se produce durante el tratamiento, lo que hace que la terapia no sea muy efectiva. Aquí, presentamos el descubrimiento de un nuevo miofago de E. coli que, por sí mismo, puede matar eficazmente a la E. coli uropatógena, pero se detectó la aparición de un resurgimiento del crecimiento bacteriano durante el tratamiento. Luego, el fago y los antibióticos se combinan para mejorar la eficiencia del fago en la supresión del recrecimiento bacteriano. Esta investigación allanaría el camino para el futuro desarrollo de cócteles fago-antibióticos para el uso sostenible de fagos con fines terapéuticos.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تمنع عاثية القولون الجديدة والمضادات الحيوية بشكل تآزري نمو سلالة <i>الإشريكية القولونية</i> البولية CFT073 في منافذ متكافئة
- Translated title (French)
- Un nouveau myophage de coli et des antibiotiques inhibent de manière synergique la croissance de la souche uropathogène d'<i>E. coli</i> CFT073 dans les niches stœchiométriques
- Translated title (Spanish)
- Un nuevo miofago de coli y antibióticos inhiben sinérgicamente el crecimiento de la cepa uropatógena de <i>E. coli</i> CFT073 en nichos estequiométricos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386909762
- DOI
- 10.1128/spectrum.00889-23
References
- https://openalex.org/W1177136027
- https://openalex.org/W1531659420
- https://openalex.org/W1552465021
- https://openalex.org/W1601951089
- https://openalex.org/W1889128736
- https://openalex.org/W1970798262
- https://openalex.org/W1991772704
- https://openalex.org/W1994932350
- https://openalex.org/W2006044054
- https://openalex.org/W2019197162
- https://openalex.org/W2031240692
- https://openalex.org/W2035164474
- https://openalex.org/W2044902100
- https://openalex.org/W2084433407
- https://openalex.org/W2086919865
- https://openalex.org/W2090817404
- https://openalex.org/W2113565511
- https://openalex.org/W2115486016
- https://openalex.org/W2124772160
- https://openalex.org/W2129742068
- https://openalex.org/W2135721494
- https://openalex.org/W2343742187
- https://openalex.org/W2347102183
- https://openalex.org/W2464716238
- https://openalex.org/W2517520375
- https://openalex.org/W2605216580
- https://openalex.org/W2615738624
- https://openalex.org/W2741628575
- https://openalex.org/W2766375770
- https://openalex.org/W2811180668
- https://openalex.org/W2887350091
- https://openalex.org/W2890924563
- https://openalex.org/W2912235843
- https://openalex.org/W2915167646
- https://openalex.org/W2917868694
- https://openalex.org/W2946389771
- https://openalex.org/W2953305767
- https://openalex.org/W2963246688
- https://openalex.org/W2964251828
- https://openalex.org/W2974451646
- https://openalex.org/W2975499037
- https://openalex.org/W3021538678
- https://openalex.org/W3041773305
- https://openalex.org/W3044733389
- https://openalex.org/W3047234466
- https://openalex.org/W3097407122
- https://openalex.org/W3150635270
- https://openalex.org/W3173684050
- https://openalex.org/W3194562993
- https://openalex.org/W4205274496
- https://openalex.org/W4212902252
- https://openalex.org/W4255578408
- https://openalex.org/W4302304922
- https://openalex.org/W4315435716
- https://openalex.org/W4317566706
- https://openalex.org/W4362677904
- https://openalex.org/W4379053578