Name: Analyse le rôle des plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Découvrez comment analyser le rôle des plasmides multi-copies dans l'évolution de la résistance aux antibiotiques chez E. coli. Cette méthode utilise des techniques de biologie moléculaire simples pour étudier les innovations bactériennes.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ce travail a été soutenu par l’Instituto de Salud Carlos III (Plan Estatal de I + D + je 2013-2016) : subventions CP15-00012, PI16-00860 et CIBER (CB06/02/0053), cofinancé par le Fonds européen de développement régional '' une façon d’atteindre l’Europe '' (FEDER). JAE est soutenue par le programme Atracción de talento du gouvernement de la région de Madrid (2016-T1/BIO-1105) et la j’ai + D Excelencia de l’espagnol Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (BIO2017-85056-P). ASM est soutenu par une bourse de recherche Miguel Servet de l’Instituto de Salud Carlos III (MS15/00012) cofinancés par le Fonds Social européen « Investir dans votre avenir » (FSE) et le FEDER.

1. construction du système expérimental codant le gène de résistance aux antibiotiques
Remarque : Ici MG1655 d’e. coli a été utilisé comme la souche réceptrice du gène plasmidique ou chromosomique-codé la résistance aux antibiotiques. Le gène de résistance aux antibiotiques est encodé dans le chromosome ou un plasmide Multicopie dans une souche sinon isogénique (Figure 1).
<ol><li>
Insertion du gène de résistance aux antibiotiques dans le λ phage intégration site (attB)20 du chromosome de MG1655.
	<ol>
<li>Amplifier 500 PB régions aux deux extrémités du site chromosomique attB par PCR. Utilisation des oligonucléotides YbhC-F (5'-CCTGTACCGTACAGAGTAAT-3') et attB-R (5'-GCCCGCCACCCTCCGGGCCGGTATAAAAAAGCAGGCTTCA-3') pour la région d’homologie gauche et attB-F (5'-AGCGCCCTAGCGCCCGCTCCTTATACTAACTTGAGCGAAA-3') et YbhB/R (5'- TGGCGATAATATTTCACCGC-3') pour celui de droite. Amplifier le gène de résistance blaTEM-1 en utilisant des amorces Tem1-pBAD-F (5'-TGAAGCCTGCTTTTTTATACCGGCCCGGAGGGTGGCGGGC-3') et Tem1-pBAD-R (5'-TTTCGCTCAAGTTAGTATAAGGAGCGGGCGCTAGGGCGCT-3'). Concevoir des amorces avec environ 20 bp (à l’extrémité 5') de la séquence montrant la complémentarité au fragment qui va être fusionné à.</li>
		<li>Fusible de régions d’homologie pour le produit de PCR de gène de résistance aux antibiotiques (y compris la région du promoteur) à l’aide de montage isotherme21, à 50 ° C pendant 30 min.</li>
		<li>Electroporate MG1655 pKOBEG de plasmide contenant les cellules. Remarque : pKOBEG est un vecteur de thermosensible qui contient le λ machines rouges, favorisant les échanges alléliques axée sur l’homologie entre les chromosomes et de produits PCR22.<ol>
<li>Utiliser 1 µL du produit de l’étape 1.1.223 40 µL de cellules electrocompetent dans des cuvettes de 2 mm à 4 ° C et 2,5 kV. Remettre les cellules dans 1 mL de bouillon LB + 0,2 % arabinose pour maintenir l’expression de la λ machines rouges.</li>
			<li>Transférer le volume total d’un tube à centrifuger et incuber 2 h à 30 ° C (température permissive pour pKOBEG) avec intense agitation (200 tr/min dans un agitateur orbital) afin de permettre l’expression phénotypique des marqueurs résistance insérée dans le chromosome.</li>
			<li>Plaque de cellules de LB agar contenant l’antibiotique approprié pour sélectionner pour le gène de résistance aux antibiotiques (ampicilline ou carbénicilline à 100 mg/l pour blaTEM-1).</li>
		</ol>
</li>
		<li>Plaque 100 µL sur une boîte de Pétri et filer vers le bas le reste du volume, il resuspendre dans 100 µL de frais bouillon LB et il la plaque sur une autre boîte de Pétri. Incuber une nuit à 42 ° C. Remarque : Cette température est non permissif pour la réplication de pKOBEG. Les colonies capables de se développer dans ces conditions auront perdu pKOBEG et présentera le gène de résistance intégré dans le site attB (pour plus de simplicité, cette souche s’appellera MG1655 ::resA partir d’ici).</li>
		<li>Test pour la perte de pKOBEG en multipliant les colonies d’intérêt dans des boîtes avec chloramphénicol (l’antibiotique contre laquelle pKOBEG contient un marqueur de résistance). Remarque : Manque de croissance dans des plats de chloramphénicol à la température permissive de 30 ºC est révélateur de l’absence du plasmide.</li>
		<li>Afin de vérifier les clones, PCR amplifier la construction utilisant les amorces externes YbhC-Extern (5'-TTTGTGACCAGAAGACCGCA-3') et YbhB-Extern (5'-CTCATCAGTAACGATCTGCG-3'), vérifier par électrophorèse sur gel de la taille correcte de l’amplicon et la séquence des produit purifié pour s’assurer que la séquence du gène inséré est correcte.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Insérer le gène de résistance aux antibiotiques dans un plasmide Multicopie. Remarque : Parce que les plasmides avec nombre de copies de très haute tendent à imposer une forte réduction du fitness hôte bactérien, nous recommandons l’utilisation des plasmides multi-copies avec une origine naturelle de la réplication, comme p3655 (pSU18T-pBADgfp2, ColE1 type origine de réplication24). Ces plasmides présentent généralement un nombre de copies modérée d’environ 15-20 copies par cellule.<ol>
<li>PCR amplifier le gène de résistance aux antibiotiques de choix (y compris la région du promoteur), phosphoryler le produit PCR et il ligaturer au backbone amplifié par PCR du plasmide :<ol>
<li>PCR amplification du gène de résistance aux antibiotiques ; pour blaTEM-1 utiliser les amorces Tem1-pBAD-F (5'-TGAAGCCTGCTTTTTTATACCGGCCCGGAGGGTGGCGGGC-3') et Tem1-pBAD-R (5'-TTTCGCTCAAGTTAGTATAAGGAGCGGGCGCTAGGGCGCT-3').</li>
			<li>Phosphoryler le produit purifié à l’aide de T4 polynucléotide kinase, suivant les instructions du fabricant.</li>
			<li>PCR amplification le squelette plasmidique utilisant une haute fidélité polymérase et oligonucléotides pBAD-F (5'-CGTTGATCGGCACGTAAGAG-3') et pBAD-R (5'-AAACGACGGCCAGTGCCAAG-3').</li>
			<li>Ligaturer les deux fragments PCR utilisant T4-ligase suite aux directives du fabricant.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Electroporate, comme décrit précédemment, 40 µL de cellules electrocompetent e. coli DH5-α, avec un maximum de 1 µL du produit de ligation et select sur les antibiotiques appropriés pour le gène de résistance aux antibiotiques (ampicilline ou carbénicilline à 100 mg/L pour blaTEM-1) et le squelette plasmidique. Remarque : Complétant LB avec arabinose ici n’est pas nécessaire.</li>
		<li>Extraire le plasmide grâce au kit commercial mini-préparent des choix du lecteur :<ol>
<li>Récolter 5 mL d’une culture au jour le jour par centrifugation à 12 000 x g à la température ambiante. Remettre en suspension les cellules 250 µL de solution de resuspension et bien mélanger. Ajouter 250 µL de solution de lyse et bien mélanger. Ajouter 350 µL de neutralisation et bien mélanger.</li>
			<li>Transvaser le surnageant dans la colonne de liaison de l’ADN fournie avec le kit, centrifuger pendant 1 min et jeter le débit à travers. Laver deux fois la colonne avec 500 µL de solution de lavage, centrifugation pendant une minute et en jetant la redistribution à chaque lavage. Centrifuger la colonne vide pendant 1 minute supplémentaire retirer le tampon de lavage résiduelle.</li>
			<li>Placer la colonne dans un tube propre et ajouter 50 µL d’eau ultra pure à la membrane pour éluer l’ADN purifié. Centrifuger pendant 1-2 min et recueillir le débit à travers qui contient le plasmide purifié. Séquence du gène d’intérêt dans le plasmide en utilisant des amorces d’en dehors de la séquence insérée pour confirmer que la séquence est correcte et qu’il existe aucune mutation dans le gène de résistance avant les expériences de l’évolution de Sanger.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Une fois que la séquence est vérifiée, electroporate le plasmide dans la souche e. coli MG1655, tel que décrit ci-dessus. Remarque : Ceci donne souche MG1655/pRESA.
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. évolution de sauvetage approche d’évoluer expérimentalement la résistance aux antibiotique (Figure 1)
<ol><li>Rayure sur les souches étudiées sur des plaques LB : MG1655 ::resA et MG1655/pRESA ainsi que la souche parentale sensible, MG1655. Remarque : PRESA de plasmide devrait être stable en MG1655, il n’est pas nécessaire d’ajouter des antibiotiques aux plaques LB. Taux de mutation chez e. coli sont assez bas, une fois vérifiée la construction n’est pas nécessaire de vérifier la séquence plasmide à chaque étape.</li>
	<li>Préparer les plaques à 96 puits avec 200 µL de LB à chaque puits et inoculer 48 colonies isolées de chaque souche dans les puits indépendants (une plaque par souche). Incuber les boîtes pendant une nuit à 37 ° C et 200 tr/min. Maintenir un stock congelé de ces populations de fondateur. Remarque : Pour prévenir et contrôler de culture contamination croisée dans les plaques de 96 puits, utilisent une conception de plaque de damier en intercalant des puits inoculés avec un milieu sans bactéries tout au long de la plaque à 96 puits. Utilisez cette conception de la plaque au cours de l’évolution expérimentale ensemble.</li>
	<li>Commencez l’expérience évolutionnaire sauvetage par inoculation 2 µL de chaque puits des plaques avec les populations de fondateur de nouvelles plaques de 96 puits avec 198 µL de LB à chaque puits avec une Sub-inhibitrice concentration de l’antibiotique à l’étude. Pour l’approche évolutionniste de sauvetage commencez avec ¼ ou 1/8 de la concentration minimale inhibitrice (CMI, déterminé précédemment25) de cet antibiotique dans LB pour chacune des trois souches et doubler la concentration de l’antibiotique tous les jours. Cette approche permet de maximiser les chances des populations en vue d’acquérir des mutations de résistance26. Incuber les plaques à 37 ° C et 200 tr/min pendant 20 h. Remarque : Mesurer la nuit OD les populations de fondateur. S’il y a des différences significatives dans l’OD parmi les souches de corrigent l’inoculum initial pour démarrer l’expérience avec le même nombre de cellules par puits.</li>
	<li>Chaque jour, mesurez le diamètre extérieur de chaque population après une culture et effectuez un transfert des cultures, tel que décrit au point 2.3, de nouvelles plaques de 96 puits avec double de la concentration de l’antibiotique que la veille. Incuber les boîtes de 20 h à 37 ° C et 200 tr/min. Remarque : Le facteur de dilution au 1/100 produit environ 6-7 générations par jour.</li>
	<li>En parallèle, propager le contrôle des populations de chaque souche dans les mêmes conditions comme décrit dans la 2.3 et 2.4, mais en l’absence d’antibiotiques. Remarque : Contrôle des populations permettra de distinguer les mutations résultant de la présence des antibiotiques et des mutations générales aident les bactéries de s’adapter à des conditions expérimentales. Mutations parallèles résultant en l’absence d’antibiotiques sont susceptibles de pouvoir aider les bactéries de s’adapter à des conditions expérimentales et non liés à la résistance aux antibiotique.</li>
	<li>Suivre le nombre de populations survivantes chaque jour en mesurant l’absorbance à une longueur d’onde de 600 nm (OD) des cultures à l’aide d’un lecteur. Remarque : Des valeurs de densité optique inférieures 0,1 indiquent l’extinction de la population. Voir la Figure 2 pour obtenir un exemple de courbes de survie.</li>
	<li>Maintenir un stock congelé de toutes les populations périodiquement (tous les 3-5 jours).</li>
	<li>Utilisez les tests de Mantel-Haenzel [paquet « survie » dans RStudio (Version 0.99.486)] pour déterminer des différences significatives dans la survie des populations de différentes souches au fil du temps au titre de l’augmentation de la concentration d’antibiotiques12. Remarque : Cette expérience permettra de déterminer si les plasmides multi-copies potentialisent l’évolution de la résistance aux antibiotique pour l’antibiotique particulier et le gène à l’étude.</li>
</ol>3. base moléculaire de l’évolution de la résistance aux antibiotique (Figure 1)
<ol><li>Effectuer les extractions d’ADN totales d’un nombre représentatif des populations et des clones à travers les souches et les traitements. Inclure les souches parentales (MG1655, MG1655 ::resA et MG1655/pRESA) pour pouvoir détecter les mutations s’accumulent durant l’expérience. Remarque : Pour obtenir des exemples de kits d’extraction de l’ADN, voir la table des matières. Chaque kit comporte différents protocoles ; Suivez les instructions du fabricant.</li>
	<li>Quantifier la concentration et la qualité de l’ADN. Il existe différentes méthodes pour déterminer la concentration et la qualité de l’ADN. Déterminer la qualité mesurant les ratios d’absorbance 260 nm nm/280 et 260 nm/230 nm. Utiliser un colorant fluorescent, de la liaison à l’ADN pour mesurer la concentration d’ADN suivant instructions du fabricant, et sur gel d’agarose pour confirmer qu’il n’est aucune dégradation de l’ADN ou de contamination de la RNA.</li>
	<li>Séquençage de l’ADN profond utilisation des échantillons de populations entières et les clones d’enquêter sur les bases génétiques de la résistance aux antibiotique. Remarque : Nous avons effectué toutes les séquençage au Wellcome Trust Centre for Human Genetics, Oxford, UK. Pour plus de détails, voir San Millan et al. 12de 2016.</li>
	<li>Le breseq 0.26.1 pipeline27,28 permet de détecter les mutations, en utilisant le mode de polymorphisme pour estimer la fréquence des mutations chez les populations. Comparer différents génomes évolués au génome parental pour détecter les mutations qui se sont accumulés au cours de l’expérience.</li>
	<li>Comparez les mutations accumulées en parallèle dans les populations de contrôle avec ceux des populations a évolué sous l’augmentation de la concentration d’antibiotiques pour faire la différence entre les mutations aident les bactéries de s’adapter à la conjoncture expérimentale ( ceux trouvés dans les contrôle des populations) et ceux impliqués dans la résistance aux antibiotique (ceux trouvés exclusivement dans les populations soumises à la pression antibiotique). Remarque : Le nombre de mutations parallèles est généralement faible, donc différentes mutations parallèles entre les traitements peuvent être facilement évaluées. Mis à part les mutations dans le gène de résistance aux antibiotiques à l’étude, qu'il est fort probable de trouver d’autres mutations associée à la résistance aux antibiotique dans le chromosome, ces mutations porines ou l’efflux des systèmes12.</li>
	<li>Reconstruire les mutations dans le gène de résistance aux antibiotiques chez la souche parentale en utilisant la même approche qu’à l’article 1 du présent protocole. Suivez les points 1.1 et 1.2 du Protocole visant à introduire les nouvelles mutations en arrière-plan parental (en utilisant les gènes évolués comme modèle PCR). Analyser les phénotypes de résistance aux antibiotiques de ces nouvelles constructions pour confirmer le rôle des mutations.</li>
</ol>

<ol><li>Neill, J. <a target="_blank" href="https://books.google.com/books/about/Tackling_Drug_resistant_Infections_Globa.html?id=aa6lAQAACAAJ">TACKLING DRUG-RESISTANT INFECTIONS GLOBALLY: FINAL REPORT AND RECOMMENDATIONS.</a> Review on Antimicrobal Resistance. , (2016).</li>
<li>Palmer, A. C., Kishony, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding%2C+predicting+and+manipulating+the+genotypic+evolution+of+antibiotic+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Genet%22%5BJournal%5D)">Understanding, predicting and manipulating the genotypic evolution of antibiotic resistance.</a> Nat Rev Genet. 14 (4), 243-248 (2013).</li>
<li>MacLean, R. C., Hall, A. R., Perron, G. G., Buckling, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+population+genetics+of+antibiotic+resistance%3A+integrating+molecular+mechanisms+and+treatment+contexts%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Genet%22%5BJournal%5D)">The population genetics of antibiotic resistance: integrating molecular mechanisms and treatment contexts.</a> Nat Rev Genet. 11 (6), 405-414 (2010).</li>
<li>Buckling, A., Maclean, R. C., Brockhurst, M. A., Colegrave, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Beagle+in+a+bottle%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The Beagle in a bottle.</a> Nature. 457 (7231), 824-829 (2009).</li>
<li>Barrick, J. E., Lenski, R. E. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24166031">Genome dynamics during experimental evolution.</a> Nature Reviews Genetics. 14 (12), 827-839 (2013).</li>
<li>Elena, S. F., Lenski, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+experiments+with+microorganisms%3A+The+dynamics+and+genetic+bases+of+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Genetics%22%5BJournal%5D)">Evolution experiments with microorganisms: The dynamics and genetic bases of adaptation.</a> Nature Reviews Genetics. 4 (6), 457-469 (2003).</li>
<li>Lenski, R. E., Rose, M. R., Simpson, S. C., Tadler, S. C. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/2462549?seq=1#page_scan_tab_contents">Long-Term Experimental Evolution in Escherichia coli. I. Adaptation and Divergence During 2,000 Generations.</a> The American Naturalist. 138 (6), 1315-1341 (1991).</li>
<li>Bennett, A. F., Dao, K. M., Lenski, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+evolution+in+response+to+high-temperature+selection%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Rapid evolution in response to high-temperature selection.</a> Nature. 346 (6279), 79-81 (1990).</li>
<li>Bell, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolutionary+rescue+and+the+limits+of+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+B-Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Evolutionary rescue and the limits of adaptation.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences. 368 (1610), (2013).</li>
<li>Bell, G., Gonzalez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptation+and+Evolutionary+Rescue+in+Metapopulations+Experiencing+Environmental+Deterioration%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Adaptation and Evolutionary Rescue in Metapopulations Experiencing Environmental Deterioration.</a> Science. 332 (6035), 1327-1330 (2011).</li>
<li>Bell, G., Gonzalez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolutionary+rescue+can+prevent+extinction+following+environmental+change%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology+Letters%22%5BJournal%5D)">Evolutionary rescue can prevent extinction following environmental change.</a> Ecology Letters. 12 (9), 942-948 (2009).</li>
<li>San Millan, A., Escudero, J. A., Gifford, D. R., Mazel, D., MacLean, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multicopy+plasmids+potentiate+the+evolution+of+antibiotic+resistance+in+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Ecology+%26+Evolution%22%5BJournal%5D)">Multicopy plasmids potentiate the evolution of antibiotic resistance in bacteria.</a> Nature Ecology & Evolution. 1, 0010(2016).</li>
<li>Alekshun, M. N., Levy, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+mechanisms+of+antibacterial+multidrug+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Molecular mechanisms of antibacterial multidrug resistance.</a> Cell. 128 (6), 1037-1050 (2007).</li>
<li>Ochman, H., Lawrence, J. G., Groisman, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lateral+gene+transfer+and+the+nature+of+bacterial+innovation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Lateral gene transfer and the nature of bacterial innovation.</a> Nature. 405 (6784), 299-304 (2000).</li>
<li>Carattoli, A. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23499304">Plasmids and the spread of resistance.</a> Int J Med Microbiol. 303 (6-7), 298-304 (2013).</li>
<li>Smillie, C., Garcillán-Barcia, M. P., Francia, M. V., Rocha, E. P., de la Cruz, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mobility+of+plasmids%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiol+Mol+Biol+Rev%22%5BJournal%5D)">Mobility of plasmids.</a> Microbiol Mol Biol Rev. 74 (3), 434-452 (2010).</li>
<li>San Millan, A., Heilbron, K., Maclean, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+epistasis+between+co-infecting+plasmids+promotes+plasmid+survival+in+bacterial+populations%5BTitle%5D)+AND+%22ISME+J%22%5BJournal%5D)">Positive epistasis between co-infecting plasmids promotes plasmid survival in bacterial populations.</a> ISME J. , (2013).</li>
<li>Stoesser, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolutionary+History+of+the+Global+Emergence+of+the+Escherichia+coli+Epidemic+Clone+ST131%5BTitle%5D)+AND+%22MBio%22%5BJournal%5D)">Evolutionary History of the Global Emergence of the Escherichia coli Epidemic Clone ST131.</a> MBio. 7 (2), (2016).</li>
<li>San Millan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiresistance+in+Pasteurella+multocida+is+mediated+by+coexistence+of+small+plasmids%5BTitle%5D)+AND+%22Antimicrob+Agents+Chemother%22%5BJournal%5D)">Multiresistance in Pasteurella multocida is mediated by coexistence of small plasmids.</a> Antimicrob Agents Chemother. 53 (8), 3399-3404 (2009).</li>
<li>Escudero, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unmasking+the+ancestral+activity+of+integron+integrases+reveals+a+smooth+evolutionary+transition+during+functional+innovation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Unmasking the ancestral activity of integron integrases reveals a smooth evolutionary transition during functional innovation.</a> Nat Commun. 7, 10937(2016).</li>
<li>Gibson, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzymatic+assembly+of+DNA+molecules+up+to+several+hundred+kilobases%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases.</a> Nat Methods. 6 (5), 343-345 (2009).</li>
<li>Datsenko, K. A., Wanner, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-step+inactivation+of+chromosomal+genes+in+Escherichia+coli+K-12+using+PCR+products%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 97 (12), 6640-6645 (2000).</li>
<li>Chaveroche, M. K., Ghigo, J. M., d'Enfert, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+rapid+method+for+efficient+gene+replacement+in+the+filamentous+fungus+Aspergillus+nidulans%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">A rapid method for efficient gene replacement in the filamentous fungus Aspergillus nidulans.</a> Nucleic Acids Res. 28 (22), 97(2000).</li>
<li>Le Roux, F., Binesse, J., Saulnier, D., Mazel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+of+a+Vibrio+splendidus+mutant+lacking+the+metalloprotease+gene+vsm+by+use+of+a+novel+counterselectable+suicide+vector%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Construction of a Vibrio splendidus mutant lacking the metalloprotease gene vsm by use of a novel counterselectable suicide vector.</a> Appl Environ Microbiol. 73 (3), 777-784 (2007).</li>
<li><a target="_blank" href="NULL">Performance standards for antimicrobial susceptibility testing; 19th ed. Approved standard M100-S19</a>. , Clinical and Laboratory Standards Institute. Wayne, PA, USA. (2009).</li>
<li>Lindsey, H. A., Gallie, J., Taylor, S., Kerr, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolutionary+rescue+from+extinction+is+contingent+on+a+lower+rate+of+environmental+change%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Evolutionary rescue from extinction is contingent on a lower rate of environmental change.</a> Nature. 494 (7438), 463-467 (2013).</li>
<li>Deatherage, D. E., Barrick, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+mutations+in+laboratory-evolved+microbes+from+next-generation+sequencing+data+using+breseq%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Identification of mutations in laboratory-evolved microbes from next-generation sequencing data using breseq.</a> Methods Mol Biol. 1151, 165-188 (2014).</li>
<li>Barrick, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+structural+variation+in+haploid+microbial+genomes+from+short-read+resequencing+data+using+breseq%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Genomics%22%5BJournal%5D)">Identifying structural variation in haploid microbial genomes from short-read resequencing data using breseq.</a> BMC Genomics. 15, 1039(2014).</li>
<li>Salverda, M. L., De Visser, J. A., Barlow, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Natural+evolution+of+TEM-1+%CE%B2-lactamase%3A+experimental+reconstruction+and+clinical+relevance%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Natural evolution of TEM-1 β-lactamase: experimental reconstruction and clinical relevance.</a> FEMS Microbiol Rev. 34 (6), 1015-1036 (2010).</li>
<li>Ramirez, M. S., Tolmasky, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aminoglycoside+modifying+enzymes%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Resist+Updat%22%5BJournal%5D)">Aminoglycoside modifying enzymes.</a> Drug Resist Updat. 13 (6), 151-171 (2010).</li>
<li>Jerison, E. R., Desai, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genomic+investigations+of+evolutionary+dynamics+and+epistasis+in+microbial+evolution+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Genetics+%26+Development%22%5BJournal%5D)">Genomic investigations of evolutionary dynamics and epistasis in microbial evolution experiments.</a> Current Opinion in Genetics & Development. 35, 33-39 (2015).</li>
<li>Toll-Riera, M., San Millan, A., Wagner, A., MacLean, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Genomic+Basis+of+Evolutionary+Innovation+in+Pseudomonas+aeruginosa%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Genet%22%5BJournal%5D)">The Genomic Basis of Evolutionary Innovation in Pseudomonas aeruginosa.</a> PLoS Genet. 12 (5), 1006005(2016).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Nous présentons un nouveau protocole combinant biologie moléculaire, évolution expérimentale et profond séquençage de l’ADN visant à examiner le rôle des plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique chez les bactéries. Bien que ce protocole combine les techniques de différentes disciplines, toutes les méthodes nécessaires pour le développer sont simples et peuvent être effectuées dans un laboratoire de microbiologie ordinaire. Les étapes plus critiques dans le protocole sont probablement la c...

La résistance aux antibiotique chez les bactéries est un problème majeur de santé1. À un niveau fondamental, la propagation de la résistance aux antibiotique chez les bactéries pathogènes est un exemple simple de l’évolution par sélection naturelle2,3. Autrement dit, l’utilisation d’antibiotiques génère de sélection de souches résistantes. Un problème majeur en biologie de l’évolution, est donc de comprendre les facteurs qui influencent la capacité des populations bactériennes à évoluer de la résistance aux antibiotiques. Expériences de sélection ont émergé comme un outil très puissant pour étudier la biologie de l’évolution des bactéries, et ce domaine a produit un aperçu incroyable un large éventail de problèmes évolutifs4,5,6. En évolution expérimentale, les populations bactériennes effectuées à partir d’une seule souche parentale sont en série repiquées dans des conditions définies et étroitement contrôlées. Certaines mutations qui se produisent au cours de la croissance de ces cultures augmentent bactérienne remise en forme, et ceux-ci se propager à travers les cultures par la sélection naturelle. Pendant l’expérience, les échantillons des populations sont conservés périodiquement cryogénie pour créer un enregistrement fossile congelé non en évolution. Un grand nombre d’approches peut être utilisé pour caractériser l’évolution des populations bactériennes, mais les deux méthodes les plus courantes sont les essais de remise en forme, qui mesurent la capacité des bactéries évolués de rivaliser contre leurs lointains ancêtres et le séquençage du génome entier, qui est permet d’identifier les changements génétiques que l’adaptation en voiture. Après les travaux pionniers de Richard Lenski et collègues7,8, l’approche standard en évolution expérimentale a été de contester un nombre relativement faible des populations répétées (typiquement < 10) à s’adapter à un nouveau défi environnemental, telles que de nouvelles sources de carbone, la température ou un phage prédatrice.
Les infections causées par des bactéries résistantes aux antibiotiques deviennent un gros problème quand la résistance est suffisamment élevée pour qu’il n’est pas possible d’augmenter les concentrations d’antibiotique à des niveaux mortels dans les tissus du patient. Les cliniciens sont donc intéressés par ce qui permet aux bactéries d’évoluer résistance à de fortes doses d’antibiotiques qui sont au-dessus de ce seuil de concentration antibiotique, le point d’arrêt clinique. Comment étudier ceci expérimentalement ? Si un petit nombre de populations bactériennes est mis au défi avec une forte dose d’antibiotique, comme dans un style Lenski experiment, alors le résultat le plus probable est que l’antibiotique conduira toutes les populations à l’extinction. Dans le même temps, si la dose d’antibiotique qui est utilisé est basse, inférieure à la concentration minimale inhibitrice (CMI) de la souche parentale, puis il est peu probable que les populations bactériennes évoluera cliniquement pertinents niveaux de résistance, surtout si résistance entraînera un coût important. Un compromis entre ces deux scénarios consiste à utiliser un « sauvetage évolutive » expérience9,10,11. Dans cette approche, un très grand nombre de cultures (typiquement > 40) doit relever le défi avec des doses d’antibiotiques qui augmentent au fil du temps, généralement en doublant la concentration d’antibiotique chaque jour12. La principale caractéristique de cette expérience est que toute la population qui n’évolue pas de résistance accrue est conduite à l’extinction. La plupart des populations qui sont mis au défi de cette manière seront pilotées disparues, mais une petite minorité sera présent en évoluant à des niveaux élevés de résistance. Dans cet article, nous montrons comment cette conception expérimentale peut être utilisée pour étudier la contribution de plasmide Multicopie à l’évolution de la résistance.
Les bactéries acquièrent la résistance aux antibiotiques par le biais de deux voies principales, mutations chromosomiques et d’acquisition d’éléments génétiques mobiles, pour la plupart des plasmides13. Plasmides jouent un rôle clé dans l’évolution de la résistance aux antibiotique, parce qu’ils sont en mesure de transférer des gènes de résistance entre bactéries par conjugaison14,15. Plasmides peuvent être divisés en deux groupes selon leur taille et de la biologie : « petit », avec le nombre élevé de copies par cellule bactérienne et les « grands », avec faible copie numéro16,17. Le rôle des grands plasmides dans l’évolution de la résistance aux antibiotique a été largement documenté parce qu’elles incluent les plasmides conjugatifs, qui sont les principaux moteurs de la diffusion de la résistance et la résistance chez les bactéries15multi. Petits plasmides multi-copies sont également extrêmement fréquents chez les bactéries17,18, et ils codent souvent pour de gènes de résistance aux antibiotiques19. Cependant, le rôle des petits plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique a été étudié dans une moindre mesure.
Dans un ouvrage récent, nous avons proposé que les plasmides multi-copies pourraient accélérer l’évolution des gènes qu’ils transportent en augmentant le taux de mutation de gène en raison du nombre de copie de gène supérieur par cellule12. En utilisant un modèle expérimental avec la souche e. coli MG1655 et la β-lactamase gène blaTEM-1 , il a été démontré que les plasmides multi-copies accélèrent le taux d’apparition de TEM-1 mutations conférant la résistance à la troisième génération céphalosporines ceftazidime. Ces résultats indiquent que les plasmides multi-copies pourraient jouer un rôle important dans l’évolution de la résistance aux antibiotique.
Nous présentons ici une description détaillée de la méthode que nous avons mis au point pour analyser l’évolution de la médiation plasmidique multicopie de résistance aux antibiotique. Cette méthode a trois différentes étapes : tout d’abord, insertion du gène à l’étude dans un plasmide Multicopie ou le chromosome de la bactérie hôte. En second lieu, utiliser des évolution expérimentale (sauvetage évolutive) pour évaluer le potentiel des souches différentes pour s’adapter à la pression de sélection. Et Troisièmement, déterminer les bases moléculaires qui sous-tendent la médiation plasmidique evolution en utilisant l’ADN, séquençage et la reconstruction de ces mutations présumées individuellement dans le génotype parental.
Enfin, bien que le protocole décrit ici a été conçu pour analyser l’évolution de la résistance aux antibiotique, on peut affirmer que cette méthode pourrait être généralement utile pour analyser l’évolution des innovations acquis par des mutations dans n’importe quel multicopies gène plasmidique codée.

<table><tbody><tr><td>Thermocycleur</td><td>BioRad</td><td>C1000</td><td></td></tr><tr><td>Électroporateur</td><td>BiorRad</td><td>1652660</td><td></td></tr><tr><td>Cuvettes d’électroporation</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z706078</td><td></td></tr><tr><td>NanoDrop 2000/2000c</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>ND-2000</td><td>Déterminer la qualité de l’ADN en mesurant les rapports d’absorbance 260nm/280nm et 260nm/230nm</td></tr><tr><td>Incubateur</td><td>Memmert</td><td>UF1060</td><td></td></tr><tr><td>Incubateur (agitateur)</td><td>Cole-Parmer Ltd</td><td>SI500</td><td></td></tr><tr><td>Alimentation par électrophorèse</td><td>BioRad</td><td>1645070</td><td>Électrophorèse sur gel d’agarose</td></tr><tr><td>Chambre d’électrophorèse</td><td>BioRad</td><td>1704405</td><td>Électrophorèse sur gel d’agarose</td></tr><tr><td>Pippettes</td><td>Biohit</td><td>725020, 725050, 725060, 725070</td><td></td></tr><tr><td>Pipettes</td> <td>multicanauxBiohit</td><td>728220, 728230, 728240</td><td></td></tr><tr><td>Lecteur de plaques Synergy HTX</td><td>BioTek</td><td>BTS1LF</td><td></td></tr><tr><td>Boucles d’inoculation</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I8388</td><td></td></tr><tr><td>Plaques 96 puits</td><td>Falcon</td><td>351172</td><td></td></tr><tr><td>LB</td><td>BD Difco</td><td>DF0446-17-3</td><td></td></tr><tr><td>LB</td><td>agar Fisher scientific</td><td>BP1425-500</td><td></td></tr><tr><td>Phusion Polymérase</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>F533S</td><td></td></tr><tr><td>Gibson Assembly</td><td>New England Biolabs</td><td>E2611S</td><td></td></tr><tr><td>Enzymes de réstrication</td><td>Fermentas FastDigest</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Antibiotiques</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>QIAprep Spin Miniprep</td><td>Kit Qiagen</td><td>27104</td><td>Kit d’extraction de plasmides</td></tr><tr><td>Wizard Kit de purification d’ADN génomique</td><td>Promega</td><td>A1120</td><td>Kit d’extraction d’ADNg</td></tr><tr><td>DNeasy Blood & Kits de tissus</td><td>Qiagen</td><td>69506</td><td>Kit d’extraction d’ADNg</td></tr><tr><td>Cuvettes d’électroporation</td> Boîtes <td>de Pétri</td><td>Sigma-Aldrich</td> Z706078 <td></td></tr><tr><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9054</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cryotubes</td><td>ClearLine</td><td>390701</td><td></td></tr><tr><td>plaques à 96 puits (-80&ordm ; C stockage)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>249945</td><td></td></tr><tr><td>QuantiFluor dsDNA System</td><td>Promega</td><td>E2670</td><td>Quantification de la concentration de l’ADN</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>BioRad</td><td>1613100</td><td>Électrophorèse sur gel d’agarose</td></tr><tr><td>50x tampon TAE</td><td>BioRad</td><td>1610743</td><td>Électrophorèse sur gel d’agarose</td></tr><tr><td>T4 Polynucléotide kinase</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>EK0031</td><td></td></tr><tr><td>T4 ADN Ligase</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>EL0014</td><td></td></tr></tbody></table>

analyse le rôle des plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique

Testing the Role of Multicopy Plasmids in the Evolution of Antibiotic Resistance

Multicopie plasmides sont extrêmement abondants chez les procaryotes, mais leur rôle dans l’évolution bactérienne reste mal comprise. Récemment, nous avons montré que l’augmentation en nombre de copies du gène par cellule fournie par plasmides multi-copies pourrait accélérer l’évolution des gènes codés plasmide. Dans ce travail, nous présentons un système expérimental pour tester la capacité de Multicopie plasmides à promouvoir l’évolution des gènes. À l’aide de méthodes simples de biologie moléculaire, nous avons construit un modèle de système où un gène de résistance aux antibiotiques peut être inséré dans Escherichia coli MG1655, dans le chromosome ou sur un plasmide Multicopie. Nous utilisons une approche de l’évolution expérimentale pour propager les différentes souches au titre de l’augmentation des concentrations d’antibiotiques et nous mesurons la survie des populations bactériennes au fil du temps. Le choix de la molécule antibiotique et le gène de résistance est donc que le gène peut seulement conférer résistance grâce à l’acquisition de mutations. Cette approche « évolutionniste al Rescate » fournit une méthode simple pour tester le potentiel des plasmides multi-copies pour favoriser l’acquisition de la résistance aux antibiotique. Dans l’étape suivante du système expérimental, les bases moléculaires de résistance aux antibiotique sont caractérisés. Pour identifier les mutations responsables de l’acquisition de la résistance aux antibiotique nous utilisons profond séquençage de l’ADN des échantillons obtenus à partir de clones et de populations entières. Enfin, pour confirmer le rôle des mutations du gène à l’étude, les reconstituer en arrière-plan parental et tester le phénotype de résistance des souches qui en résulte.

Dans nos travaux précédents, on a étudié l’évolution le gène les β-lactamase blaTEM-1 vers conférant la résistance à la troisième génération de céphalosporines ceftazidime12 . Ce gène a été choisi parce que, bien que TEM-1 ne confère pas de résistance à la ceftazidime, mutations blaTEM-1 peuvent élargir l’éventail des activités de TEM-1 d’hydrolyser les céphalosporines comme ceftazidime29. Enzymes de r...

Nous présentons ici une méthode expérimentale pour évaluer le rôle des plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique.

Analyse le rôle des plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique

Multicopy plasmids are extremely abundant in prokaryotes but their role in bacterial evolution remains poorly understood. We recently showed that the ...

L’objectif global de cette méthode expérimentale est de tester le rôle des plasmides multicopies dans l’évolution de la résistance aux antibiotiques. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la microbiologie, telles que le rôle des plasmides multicopies dans l’évolution des innovations bactériennes. Le principal avantage de cette technique est qu’elle ne nécessite que des méthodes de biologie moléculaire de base et un plan d’expérience simple.C’est vraiment cool. Tout d’abord, construisez la souche e coli MG1655 qui portera le gène de résistance aux anticorps dans le chromosome du phage lambda dans l’équation côté ATTB. Pour ce faire, la PCR amplifie les 500 régions paralongues de base de part et d’autre du site ATTB.Ensuite, la PCR amplifie le gène de résistance aux antibiotiques. Utilisez ensuite un assemblage isotherme à 50 degrés Celsius pendant 30 minutes pour fusionner les régions d’homologie avec le produit PCR. Après l’assemblage isotherme, transvaser un microlitre du produit à 40 microlitres de cellules MG1655 électrocompétentes dans une cuvette de deux millimètres.Ensuite, électroporez les cellules à 4 degrés Celsius et 2,5 kilovolts. Après électroporation, transférez les cellules dans un millilitre de bouillon LB avec 0,2 % d’arabinose. Ensuite, pipetez le bouillon LB contenant des cellules dans un tube à microfuge.Secouez intensément le tube pendant deux heures à 30 degrés Celsius. Après deux heures, mettez en boîte 100 microlitres de la culture sur la plaque de gélose LB, complétée par des antibiotiques. Ensuite, faites tourner les cellules restantes.Et remettez le granulé en suspension dans 100 microlitres de bouillon LB frais. Replaquez ces cellules sur une autre plaque de gélose LB. Ensuite, incubez les plaques à 42 degrés Celsius pendant la nuit.Le lendemain, la PCR amplifie les clones pour vérifier la construction à l’aide d’amorces externes ybhC extern et ybhB extern. Confirmez ensuite la taille de l’amplicon grâce à l’électrophorèse de la coquille d’agarose. En parallèle, effectuez le séquençage de l’ADN pour vérifier la séquence du gène inséré.Pour construire la souche porteuse du gène de résistance aux anticorps dans le plasmide multicopie, la PCR a d’abord amplifié le gène de résistance aux antibiotiques blaTEM-1. Une fois la PCR terminée, phosphoryler le produit amplifié à l’aide de la polynucléotide kinase T4. Ensuite, utilisez la polymérase haute fidélité et les oligonucléotides PBAD FINV et PBAD RINV, pour amplifier par PCR le squelette plasmidique PBAD.Ligaturez ensuite les deux fragments de PCR à l’aide de la ligase T4. Ensuite, électroporez 40 microlitres de cellules DH5 alpha avec 1 microlitre de produit de ligature. Sélectionnez ensuite l’antibiotique approprié pour le gène de résistance aux antibiotiques et le squelette plasmidique sur des plaques de gélose.Effectuez ensuite l’extraction du plasmide à l’aide d’un kit d’extraction d’ADN, en suivant les instructions du fabricant. Effectuez ensuite un séquençage par sanger du gène de résistance d’intérêt pour confirmer l’absence de mutations possibles avant les expériences d’évolution. Après vérification de la séquence, électroporat le plasmide de la souche MG1655 d’E coli pour finalement obtenir le plasmide porteur de la souche MG1655.Les étapes les plus critiques de ce protocole sont la construction des souches des systèmes modèles et la reconstruction des mutations observées au cours de l’évolution expérimentale. Tout d’abord, striez les souches MG1655 d’intérêt sur les plaques de gélose LB. Ajoutez ensuite 200 microlitres de milieu LB dans chaque puits d’une plaque de 96 puits.Ensuite, inoculez 48 colonies isolées de chaque souche dans des puits individuels de la plaque. Après l’inoculation, incubez la plaque pendant la nuit à 37 degrés Celsius sur un agitateur à 200 tours par minute. Encore une fois, inoculez deux microlitres de la culture de chaque puits avec la population fondatrice à une nouvelle plaque de 96 puits avec 198 microlitres de milieu LB dans des puits individuels.Cela lancera l’expérience de sauvetage évolutionnaire. Incuber la plaque à 37 degrés Celsius sur un agitateur à 200 tours par minute pendant 20 heures. Chaque jour, doublez la concentration de l’antibiotique par rapport à celle de la veille.Le lendemain, transférez 2 microlitres de la culture respective dans une plaque fraîche à 96 puits et continuez cela tous les jours. Enregistrez la lecture de la densité optique à 600 nanomètres à partir des puits individuels sur un lecteur de plaques. Une étape critique du protocole est l’évolution expérimentale et leurs concentrations croissantes d’antibiotiques.Le taux de variation des concentrations d’antibiotiques est l’un des paramètres qui peuvent être modifiés pour favoriser l’évolution de la résistance aux antibiotiques. Encore une fois, incubez la plaque à 37 degrés Celsius sur un agitateur à 200 tours par minute pendant 20 heures. Mesurez ensuite la lecture de la densité optique à 600 nanomètres pour chaque population survivante quotidiennement sur le lecteur de plaques.Congelez les populations périodiquement, tous les trois à cinq jours. Extraire l’ADN total des populations évoluées et les clones de différentes souches et traitements. Ensuite, mesurez les rapports d’absorbance à 260:280 et 260:230 nanomètres sur le spectrophotomètre pour déterminer la qualité de l’ADN.Utilisez ensuite un colorant fluorescent de liaison à l’ADN et confirmez la concentration de l’ADN en mesurant la fluorescence sur le lecteur de plaques. De plus, soumettez l’ADN à une électrophorèse sur gel d’agarose pour confirmer qu’il n’y a pas de dégradation de l’ADN ou de contamination par l’ARN. Ensuite, effectuez un séquençage profond de l’ADN avec des échantillons obtenus de populations entières et de clones individuels pour étudier la base génétique de la résistance aux antibiotiques.Cette étude est un exemple des résultats possibles du système expérimental utilisant trois souches d’E. coli. Il s’agit d’e coli MG1655, MG1655 portant le gène de résistance dans le chromosome MG1655 resA et MG1655 portant le gène de résistance dans le plasmide multicopie, MG1655 pRESA. Les antibiotiques utilisés sont la ceftazidime et le méropénème.Le panneau de gauche montre les courbes de survie sous des concentrations croissantes de ceftazidime. D’après le graphique, il est clair que le sous-ensemble de la population de la souche MG1655 pRESA est capable de croître au-delà de 14 jours, même après avoir doublé la concentration de ceftazidime chaque jour. Au contraire, les autres souches ne survivent pas au-delà de 8 jours lorsqu’elles sont exposées à des concentrations similaires de ceftazidime.Cependant, les mêmes souches ne montrent pas de différences significatives dans la période de survie lorsqu’elles sont exposées à une concentration similaire d’un autre antibiotique, le méropénème. Les trois souches ne survivent qu’entre 6 et 8 jours lorsqu’elles sont exposées au méropénème. Cela indique que la présence du gène resA dans le plasmide multicopie potentialise l’évolution de la résistance contre la ceftazidime mais pas le méropénème.Une fois maîtrisé, le protocole expérimental complet peut être réalisé en quelques semaines s’il est fait correctement. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’étudier le rôle des plasmides multicopies dans l’évolution des innovations chez les bactéries.

testing-role-multicopy-plasmids-evolution-antibiotic

Research

Recherche

JoVE Journal

Genetics

Génétique

Ici nous démontrons un protocole simple de créer une bibliothèque aléatoire mutant pour une séquence cible donnée. Nous montrons comment cette méthode, qui est réalisée in vivo chez Escherichia coli, peuvent être couplées avec des sélections fonctionnelles d'évoluer de nouvelles activités enzymatiques.

Protocoles de sélection mutagenèse et fonctionnelles pour l&#39;évolution dirigée de protéines dans les E. coli</em

Source : Erdogan, F., et al., Tests d’accouplement conjugatif pour l’analyse spécifique à la séquence des protéines de transfert impliquées dans la conjugaison bactérienne. J. Vis. Exp. (2017)Cette vidéo montre la procédure de transfert d’un plasmide F de cellules E. coli donneuses à receveuses à l’aide d’un plasmide de secours et de sélection de transconjugants par double résistance aux antibiotiques. Le processus comprend le mélange de cultures bactériennes, l’incubation sans secousse, la...

F Transfert de plasmide et double sélection d’antibiotiques chez E. coli

Source : Lea-Smith, D. J., et al. Génération de mutants marqués et sans marqueurs chez des espèces cyanobactériennes modèles. J. Vis. Exp. (2016)La vidéo montre une méthode pour générer des mutants marqués par des antibiotiques chez les cyanobactéries. Le protocole commence par la culture de cyanobactéries, suivie d’étapes de centrifugation et de lavage qui préservent les piles de surface. Un plasmide porteur d’un gène de résistance aux antibiotiques flanqué de séquences homologues est ensuite...

Génération de mutants marqués aux antibiotiques chez les cyanobactéries par recombinaison homologue

Source: Escudero, J. A., et.al. Testing the Role of Multicopy Plasmids in the Evolution of Antibiotic Resistance. J. Vis. Exp. (2018)This video demonstrates how escalating cefazidime exposure is used to compare the survival of three E. coli strains with different copies of the ampicillin resistance gene. It shows that only the strain with a multicopy plasmid survives at higher drug levels, highlighting how increased gene copy number accelerates resistance evolution.

Assessing the Role of Gene Copy Number in the Evolution of Bacterial Antibiotic Resistance 

Ce protocole décrit la détection des intégrons de classe 1 et de leurs cassettes de gènes associées dans les denrées alimentaires.

Dépistage denrées alimentaires pour les intégrons de classe 1 et Gene Cassettes

Nous décrivons une plate-forme qui utilise une bibliothèque d'Escherichia coli résistant aux antibiotiques isogéniques pour la déplication des antibiotiques. L'identité d'un antibiotique produit par des bactéries ou des champignons peut être déduite par la croissance de E. coli exprimant son gène de résistance respectif. Cette plate-forme est économiquement efficace et efficace en temps.

Déplication d'antibiotiques à l'aide de la plate-forme de résistance aux antibiotiques

Notre approche expérimentale fournit une stratégie pour suivre l'abondance plasmide et la résistance aux antibiotiques au fil du temps dans les populations bactériennes.

Quantification de la résistance aux antibiotiques médiées par Plasmid dans une approche expérimentale d'évolution

Nous présentons ici un protocole détaillé pour l’isolement et l’identification de bactéries résistantes aux antibiotiques à partir de l’eau et la caractérisation moléculaire de leurs gènes de résistance aux antibiotiques (ARG). L’utilisation de techniques basées sur la culture et non basées sur la culture (analyse métagénomique) fournit des informations complètes sur la diversité bactérienne totale et le pool total de différents ARG présents dans les eaux douces de Mumbai, en Inde.

Isolement et identification de bactéries résistantes aux antibiotiques d’origine hydrique et caractérisation moléculaire de leurs gènes de résistance aux antibiotiques

La conjugaison intervient dans le transfert horizontal de gènes en mobilisant l’ADN plasmidique à travers deux cellules différentes, facilitant ainsi la propagation de gènes bénéfiques. Ce travail décrit une méthode largement utilisée pour la détection efficace du transfert plasmidique conjugatif, basée sur l’utilisation de marqueurs différentiels dans le plasmide conjugatif, le donneur et le receveur pour détecter la transconjugaison.

Détection du transfert horizontal de gènes médié par des plasmides conjugatifs naturels chez E. coli

Nous décrivons une procédure simple pour la complémentation chromosomique à copie unique d’un gène de pompe d’efflux à l’aide d’un système d’expression basé sur mini-Tn7 dans une souche modifiée d’Acinetobacter baumannii déficiente en efflux. Cet outil génétique précis permet une expression génique contrôlée, ce qui est essentiel pour la caractérisation des pompes d’efflux chez les pathogènes multirésistants.

Caractérisation des systèmes d’efflux multimédicamenteux chez Acinetobacter baumannii à l’aide d’une souche bactérienne déficiente en efflux et d’un système d’expression génique à copie unique

Découvrez comment analyser le rôle des plasmides multi-copies dans l'évolution de la résistance aux antibiotiques chez E. coli. Cette méthode utilise des techniques de biologie moléculaire simples pour étudier les innovations bactériennes.

Analyse le rôle des plasmides multi-copies dans l’évolution de la résistance aux antibiotique

Explorer plus de vidéos