Identifying Determinants of Carbapenem Resistance in Beta-lactamases

确定 β-内酰胺酶中碳青霉烯类耐药性的决定因素

• 批准号: 9261296
• 负责人: George Cortina
• 金额: $ 3.6万
• 依托单位: UNIVERSITY OF VIRGINIA
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-01-01 至 2018-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9261296
• 关键词: Affect; Amino Acids; Antibiotic Resistance; Antibiotics; Bacteria; Bacterial Antibiotic Resistance; Bacterial Infections; Base Sequence; Binding; Bioinformatics; Biological Assay; Carbapenems; Clinical; Cyclophosphamide; Data; Distant; Drug Interactions; Drug resistance; Effectiveness; Engineering; Environment; Enzymes; Essential Amino Acids; Evolution; Extended-spectrum β-lactamase; Family; Generations; Grant; Incidence; Infection; Investigation; Kinetics; Klebsiella pneumonia bacterium; Literature; Mediating; Methods; Modeling; Monobactams; Mutagenesis; Mutation; Pathway interactions; Pharmaceutical Preparations; Pharmacologic Substance; Phylogenetic Analysis; Positioning Attribute; Protein Dynamics; Proteins; Resistance; Resort; Sequence Analysis; Serine; Specificity; Substrate Specificity; Testing; Trees; United States; Variant; Work; antibiotic design; base; beta-Lactamase; carbapenem resistance; carbapenemase; experimental study; improved; insight; killings; member; molecular dynamics; mutant; novel; novel therapeutics; simulation; training opportunity

Project Summary    Over 2 million people suffer a serious bacterial infection involving antibiotic resistance every year and at least  23,000 die as a direct result. Beta-­lactamase enzymes contribute to this resistance by hydrolyzing antibiotics  that would normally kill bacteria. Carbapenemases, a class of beta-­lactamase enzymes, are of particular  concern due to their ability to break down last-­resort antibiotics, carbapenems. At present, the determinants  that contribute to the carbapenem specificity of the widespread KPC family are unknown. KPC-­2, a  carbapenemase, and CTX-­M9, a non-­carbapenemase, offer an exemplary pair for the analysis of these  determinants. Their overall structural and mechanistic similarities allow for the focused investigation of how the  125 positional residue differences between these enzymes alter carbapenemase specificity. We propose to  predict and identify the subsets of these 125 residues that are required for carbapenemase specificity in KPC-­2  and would grant carbapenemase specificity to CTX-­M9. We will identify these subsets through two concurrent  approaches. The first uses phylogenetic ancestral modeling to create an ancestral carbapenemase and a  closely related ancestral non-­carbapenemase. This phylogenetic approach allows us to infer two ancestors of  KPC-­2 and CTX-­M9 with different carbapenemase specificities. We will then use these enzymes to understand  the determinants required for carbapenemase specificity in a smaller mutational space as compared to the one  for KPC-­2 and CTX-­M9. The second approach involves the use of molecular dynamics simulations and  sequence analysis of KPC-­2 and CTX-­M9 to identify residue positions most likely to account for this different  specificity. In both approaches, we will create mutant variants of enzymes through mutagenesis assays and  test activity through antibiotic resistance and enzyme assays. The study of the residues contributing to  carbapenemase activity will offer insight into the functional determinants underlying these similar enzymes and  provide new methods of antibiotic resistance prediction in clinical and pharmaceutical environments.

项目总结： -- 每年至少有200多万人患上一种严重的细菌感染，涉及抗生素耐药性。 23,000人死亡是一个直接的结果。β-内酰胺酶和酶可能通过进一步分解抗生素来帮助消除这种耐药性。 这种酶通常不会杀死细菌。碳青霉烯酶是一种特殊的β-内酰胺酶，它是一种特殊的酶。 人们的担忧是因为他们没有能力分解最后的抗生素，即碳青霉烯类。但目前，主要的决定因素是。 这可能有助于证明广泛存在的KPC家族成员的碳青霉烯类抗生素的特异性。 碳青霉烯酶是一种新型的非碳青霉烯酶，CTX-M9是一种新型的非碳青霉烯酶，它为这些酶的临床分析提供了一个典范的配对。 决定因素。由于它们的整体结构特征和机制特征的相似性，将使我们能够更好地对经济是如何发展的进行重点调查。 125%的位置残基和这些酶之间的差异可以改变碳青霉烯酶的特异性。 预测并确定这125个氨基酸残基的三个亚集，它们是KPC-ü2中碳青霉烯酶特异性检测所必需的。 我们还将赋予CTX-M9碳青霉烯酶的特异性。我们将无法通过这两种方法同时识别这些子集。 方法。该公司首次使用系统发育和祖先模型技术来创建一种新的祖先碳青霉烯酶基因和一种基因。 与祖先和非碳青霉烯酶密切相关。这种新的系统发育学方法使我们能够推断出人类的两个近亲祖先。 具有不同的碳青霉烯酶特性的KPC-ü2和CTX-M9。我们将继续使用这些酶来进一步了解。 与第一个相比，这两个决定因素需要在一个更小的突变空间中发现碳青霉烯酶的特异性。 对于KPC-2和CTX-M9，第二种方法涉及更多地使用分子动力学和模拟技术。 对KPC-2和CTX-M9进行序列分析，以确定最有可能解释这一不同的原因的残基和位置。 特异性。在这两种方法中，我们都将通过突变、检测和鉴定来创造酶的突变和变种。 通过抗生素耐药性测试和酶活性检测来测试酶活性。通过对细菌残留物的最新研究发现，这些残留物对人体健康有贡献。 碳青霉烯酶的活性研究还将使人们深入了解这些相似的酶的潜在功能决定因素。 为临床和临床环境下的抗生素耐药性预测提供新的方法和手段。