Quantitative Studies of Bacterial Growth Physiology

细菌生长生理学的定量研究

基本信息

  • 批准号:
    8704514
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-08-01 至 2015-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): This research addresses fundamental aspects of interactions between antibiotics and antibiotic resistance expressed by bacteria. Due to a recently discovered innate growth-rate dependence of bacterial gene expression, the expressions of even unregulated genes are affected by sub-lethal doses of antibiotics. If the expressed gene product confers some antibiotic resistance, then a previously unappreciated feedback loop is realized. This feedback effect can drastically affect the response of bacteria to an applied antibiotic, leading to phenomenon such as growth bistability with abrupt transitions between growth and no-growth states. The long-term goal of this research program is to characterize different types of feedback corresponding to different modes of growth inhibition, and to quantify the consequences of these feedback effects on resistance and cell growth. Experiments will initially focus on the effect of chloramphenicol (Cm), a translation-inhibiting drug, on the growth of E. coli cells expressing chloramphenicol acetyltransferase (CAT), which modifies Cm to render them inactive. The Cm-CAT system is chosen because it is well characterized molecularly, so that efforts can be focused on isolating the global feedback effects between the components. The experiments will be carried out by a combination of biochemical assays on bulk culture and single-cell analysis using time-lapse microcopy aided by microfluidic chemostat chambers. Quantitative, predictive models of the growth dynamics will be developed by correlating CAT expression and the instantaneous rate of cell growth at a cell-by-cell level. The specific aims are to establish the predicted growth bistability effect, quantify parameters that determine its onset, and characterize the dynamics of the transition between the growth and no-growth states. In addition, other mechanisms of Cm-resistance will be explored, as will the qualitative effects of a number of other clinically relevant drugs, in order to test the generality of the models developed.
描述(由申请人提供):本研究涉及抗生素与细菌表达的抗生素耐药性之间相互作用的基本方面。由于最近发现的细菌基因表达的先天生长率依赖性,甚至不调节基因的表达受到亚致死剂量的抗生素的影响。如果表达的基因产物赋予某些抗生素耐药性,则可以实现先前未欣赏的反馈回路。这种反馈效应可以严重影响细菌对应用抗生素的反应,从而导致现象,例如生长性生长性和生长状态之间突然过渡。该研究计划的长期目标是表征与不同生长抑制方式相对应的不同类型的反馈,并量化这些反馈对电阻和细胞生长的影响的后果。实验最初将集中于氯霉素(CM)(CM)(一种抑制翻译药物)对表达氯霉素乙酰基转移酶(CAT)的大肠杆菌细胞生长的影响,该大肠杆菌细胞将CM修饰以使其无效。之所以选择CM-CAT系统,是因为它的分子表征良好,因此可以专注于隔离组件之间的全局反馈效应。实验将通过使用微流体化学仪表室有助于散装培养物的生化测定和单细胞分析来进行实验。生长动力学的定量,预测模型将通过将CAT表达和细胞水平的细胞生长速率相关联。具体的目的是建立预测的生长双重性效应,量化确定其发作的参数,并表征生长和无增长状态之间过渡的动力学。此外,还将探索CM抗性的其他机制,以及许多其他临床相关药物的定性作用,以测试开发的模型的一般性。

项目成果

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