$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Открытие антибиотиков, несомненно, является одним из наиболее эффективных событий,th связанных со здоровьем 20-го века. Антибиотики не только быстро разрешают серьезные бактериальные инфекции, но и играют ключевую роль в современной медицине. Основные операции, трансплантации и достижения в области неонатальной медицины и химиотерапии оставляют пациентов восприимчивыми к опасным для жизни инфекциям, и этиметоды лечения не были бы возможны без антибиотиков 1,,2. Однако быстрое развитие и распространение устойчивости к антибиотикам среди патогенных микроорганизмов человека значительно снизило эффективность всех клинически важных классов антибиотиков3. Многие бактериальные инфекции, которые когда-то были легко очищены с помощью антибиотиков лечения, больше не реагировать на классические протоколы лечения, вызывая серьезную угрозу для глобальногообщественного здравоохранения 1. Устойчивость к противомикробным препаратам (AMR) является, где бактериальные клетки растут в противном случае смертельные концентрации антибиотиков, независимо отпродолжительности лечения 4,5. Существует настоятельная необходимость понимания молекулярных и биохимических факторов, регулирующих АМР, которые помогут направлять развитие альтернативных противомикробных препаратов. В частности, патогены ESKAPE являются проблематичными в клинических условиях и связаны с обширным AMR. К ним относятся Enterococcus faecium, S taphylococcusaureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, P seudomonasaeruginosa и E nterobacter spp. В то время как несколько механизмов способствуют АМР в патогенах ESKAPE, последние четыре организма являются грам-отрицательными.
Грамотрицающие бактерии собирают определяющую внешнюю мембрану, которая защищает их от неблагоприятных условий окружающей среды. Внешняя мембрана служит проницаемым барьером для ограничения проникновения токсичных молекул, таких как антибиотики, в клетку. В отличие от других биологических мембран, внешняя мембрана асимметрична. Внешняя листовка обогащена поверхностно открытым липополисахаридом, в то время как внутренняя листовка представляет собой смесь фосфолипидов6. Молекулы липополисахарида закреплены на внешней мембране сохраненным липидом A moiety, встроенным в липидный билейлер7. Канонический липид домен Escherichia coli lipopolysaccharide необходим для роста большинства грамотрицательных бактерий и синтезируется девятишаговым энзиматическимпутем,который является одним из самых фундаментальных и сохранившихся путей в Грам-отрицательныхорганизмах 6,,7,8.
Полимиксины являются катионическими антимикробными пептидами, которые нацелены на липидный домен липополисахарид, чтобы возмущать внешнюю мембрану и окисить клетку. Электростатическое взаимодействие между положительно заряженными остатками полимиксином и отрицательно заряженными липидными фосфатными группами нарушает бактериальную клеточную мембрану, что вконечном итоге приводит к гибели клеток 9,,10,,11,,12,,13. Колистин (полимиксин E) является последним курортом противомикробных препаратов, используемых для лечения инфекций, вызванных множественной лекарственной устойчивостью Грам-отрицательных нозокомиальных патогенов, таких как Acinetobacter baumannii14,15,16. Впервые обнаружены в 1947 году, полимиксины производятся почвенными бактериями, Paenibacillus polymyxa17,18,19. Полимиксины были предписаны для лечения грамотрицательных инфекций в течение многих лет, прежде чем их клиническое использование было ограничено из-за сообщений о значительной нефро-и нейротоксичности 20,21.
A. baumannii является нозокомиальным грам-отрицательным патогеном, который резко увеличил заболеваемость и смертность исходов пациентов за последниедесятилетия 22. То, что когда-то рассматривалось как патоген с низкой угрозой, в настоящее время представляет значительный риск для больничной инфекции во всем мире из-за его невероятной способности приобретать АМР ивысокого риска эпидемии 23,,24. На долю A. baumannii приходится более 10% нозокомиальных инфекций в Соединенных Штатах. Болезнь проявляется как пневмония, бактериемия, инфекции мочевыводящих путей, инфекции кожи и мягких тканей, менингит и эндокардит25. Варианты лечения инфекций A. baumannii сократились из-за устойчивости почти ко всем классам антибиотиков, включая β-лактамы, фторхинолоны, тетрациклин и аминогликозиды23,24. Распространенность множественной лекарственной устойчивостью, широко лекарственно-устойчивой и пан-лекарственной устойчивостью A. baumannii изолирует привело к возрождению лечения колистином, который считается одним из немногих оставшихся терапевтических вариантов по-прежнему эффективны против множественной лекарственной устойчивостью A. baumannii. Однако повышенная устойчивость к колистину среди изолятов A. baumannii еще больше усилиласвою угрозу глобальному общественному здравоохранению 10,,11,,12,,13,,27,,30,,31.
Недавние достижения в технологиях секвенирования с высокой пропускной способностью, таких как транспосонное секвенирование (Tn-seq), предоставили важные инструменты для продвижения нашего понимания бактериальной пригодности in vitro и in vivo. Tn-seq является мощным инструментом, который может быть использован для изучения генотипно-фенотипных взаимодействий у бактерий. Tn-seq широко применим к бактериальным патогенам, где он сочетает в себе традиционный транспозонный мутагенез с массивным параллельным секвенированием для быстрого вставки карты сайтов, которые могут быть использованы для связи мутаций ДНК с фенотипическими вариантамив масштабах генома 32,33,34,35. Хотя методы транспозона мутагенез были ранее описаны, общие шаги аналогичны33. Во-первых, библиотека вставки генерируется с использованием транспосонного мутагенеза, где каждая бактериальная клетка в популяции ограничивается одной транспосонной вставкой в геномную ДНК (гДНК). После мутагенеза объединяются отдельные мутанты. gDNA извлекается из пула мутантов вставки, а транспосонные соединения усиливаются и подвергаются секвенированию высокой пропускной способности. Считывает представляют места вставки, которые можно отобразить к геному. Транспосон вставки, которые уменьшают фитнес быстро выпадают из населения, в то время как полезные вставки обогащаются. Tn-seq сыграл важную роль для продвижения нашего понимания того, как гены влияют на бактериальную пригодность встрессе 33.
Система транспосона моряка Himar1, закодированная в pJNW684, была специально построена и оптимизирована для транспозонного мутагенеза. Она включает в себя маринер-семейныйтранспосон, обрамляющий ген резистентности к канамицину, который используется для выбора транспосонных мутантов в A. baumannii. Он также кодирует A. baumannii конкретных промоутер, что диски выражение транспозазы кодирования гена36. Морскойтранспосон также содержит два трансляционных терминатора вниз по течению гена резистентности канамицина, который предотвращает чтение вниз по течению вставки37. pJNW684 также несет RP4/oriT/oriR6K-условное происхождение репликации, которая требует гена спир, внесенного донорским штаммом, чтобывоспроизвести 38. В отсутствие гена «Спир» вектор pJNW684, несущий транспозиционное оборудование, не сможет воспроизвести в штамме получателя A. baumannii 10,,36,,38. Поэтому во время бактериального спряжения в геном реципиента вставляется только транспозон без фоновой вставки плазмиды, которая несет в себе ген транспозазы. Это важно, потому что потеря активности транспозазы вместе с плазмидой приводит к одному, стабильному событию транспозиции, которое предотвращает перемещение транспозона в разные места, как только он вставляется в геном получателя.
pJNW648 также был протестирован на активность в другом грам-негативном организме, кишечной палочке. Успешная сборка насыщенной библиотеки Tn-seq в штамме кишечной палочки W3110 показала, что система может выполнять мутагенез в широком диапазоне патогенов, включая энтеробактерии. Кроме того, A. baumannii конкретных промоутер, что диски транспозазы выражение можно быстро обмениваться с видом конкретных промоутер. Наконец, ген резистентности к канамицину можно обменять на другие кассеты сопротивления, в зависимости от фенотипа AMR изучаемого организма.
Одним из факторов, способствующих устойчивости колистина в A. baumannii является введения недостаточных доз, где бактерии подвергаются селективного давления на нелетальныхуровнях 39. Несколько докладов показали, что субибибиторные концентрации противомикробных препаратов может вызвать регулируемые реакции, которые изменяют физиологиюклеток, чтобы уменьшить восприимчивость всей бактериальной популяции 11,,12,,30,,31. Используя Tn-seq, мы обнаружили факторы, которые регулируют устойчивость колистина в штамме A. baumannii ATCC 17978 послевоздействия ингибирующей 10 и субибибиторных концентраций колистина. В этом примере подробно Tn-seq метод, который упрощает строительство и обогащение насыщенной библиотеки транспозонных мутантов с использованием морякаоснове семьитранспозонов 40,41. В то время как несколько протоколов Tn-seq генерируют 20,000 - 100,000мутантов 35,42,43,44,45,46, протокол, описанный в настоящем может быстро генерировать транспосон библиотеки 400000 й мутантов, что примерно приравнивается к транспосонной вставке каждые 10-базовые пары в A. baumannii10. Кроме того, размер библиотеки может быть увеличен без значительных дополнительных усилий. Этот метод также устраняет необходимость ограничения эндонуклейсов, перевязки адаптера и очистки геля, что может уменьшить окончательное разнообразие библиотек.