Adaptive modulation of antibiotic resistance through intragenomic coevolution.
Adaptive modulation of antibiotic resistance through intragenomic coevolution.
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DOI：
10.1038/s41559-017-0242-3
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发表时间：
2017-09
影响因子：
16.8
通讯作者：
Brockhurst MA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bottery MJ;Wood AJ;Brockhurst MA
细菌通过水平获取来自其他谱系的可移动遗传元件(MGE)来获得抗生素耐药性基因。新获得的MGES往往适应性差，导致基因组内冲突，通过染色体的补偿适应、MGE或互惠共适应来解决。这种基因组内共同进化的足迹存在于细菌基因组中，这表明它在促进水平获得基因的基因组整合方面发挥了重要作用，但这一过程的直接实验证据有限。在这里，我们展示了四环素耐药性的适应性调节，通过大肠杆菌和多药耐药(MDR)质粒RK2之间的基因组内共同进化。四环素治疗，包括单一治疗或与氨苄西林的联合治疗，倾向于新生的染色体耐药突变，以及RK2上的突变，削弱了质粒编码的四环素外排泵。这些突变一起提供了四环素耐药性的增加，同时降低了成本。此外，染色体耐药突变导致了对氯霉素的交叉耐药。在仅使用氨苄西林或不使用抗生素的情况下，未观察到互惠共适应。基因组内共同进化可以产生由多个复制子组成的基因组，这些复制子共同提供高水平、低成本的抗性，但由此产生的共同依赖可能限制共同适应的MGES向其他谱系的传播。
Bacteria gain antibiotic resistance genes by horizontal acquisition of mobile genetic elements (MGE) from other lineages. Newly acquired MGEs are often poorly adapted causing intragenomic conflicts, resolved by compensatory adaptation of the chromosome, the MGE or reciprocal coadaptation. The footprints of such intragenomic coevolution are present in bacterial genomes, suggesting an important role promoting genomic integration of horizontally acquired genes, but direct experimental evidence of the process is limited. Here we show adaptive modulation of tetracycline resistance via intragenomic coevolution between Escherichia coli and the multi-drug resistant (MDR) plasmid RK2. Tetracycline treatments, including monotherapy or combination therapies with ampicillin, favoured de novo chromosomal resistance mutations coupled with mutations on RK2 impairing the plasmid-encoded tetracycline efflux-pump. These mutations together provided increased tetracycline resistance at reduced cost. Additionally, the chromosomal resistance mutations conferred cross-resistance to chloramphenicol. Reciprocal coadaptation was not observed under ampicillin-only or no antibiotic selection. Intragenomic coevolution can create genomes comprised of multiple replicons that together provide high-level, low-cost resistance, but the resulting co-dependence may limit the spread of coadapted MGEs to other lineages.
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