Defining Evolutionary Trajectories: Molecular adaptation to antibiotic resistance

定义进化轨迹:抗生素耐药性的分子适应

基本信息

  • 批准号:
    10610338
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-07-15 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Antibiotic resistance among bacterial pathogens remains one of the great challenges confronting public health in the world today. The widespread use of antibiotics has facilitated the rise of multi-drug resistant pathogens that threaten to undermine the remarkable success of modern medicine. The Centers for Disease Control and Prevention have identified multi-drug resistant enterococci as a “Serious Threat” requiring prompt and sustained activity to limit proliferation. Daptomycin is a frontline antibiotic with efficacy against Gram positive organisms and is used with increasing frequency against multi-drug resistant enterococci such as vancomycin-resistant enterococci (VREs). The goal of this proposal is to comprehensively map the evolutionary trajectories leading to DAP resistance in Enterococcus faecium and elucidate how the identified changes in protein structure-function establish the physicochemical basis for the observed resistance phenotypes. We use quantitative experimental evolution in a novel, continuous culture bioreactor system to identify and rank the most important evolutionary trajectories leading to resistance. Based upon these results, we then characterize the most relevant proteins and pathways to daptomycin resistance using a combination of biochemical and structural approaches that link the change in biophysical properties to resistance. Techniques include X-ray crystallography, enzyme activity, ligand affinity, protein stability studies, RNAseq, qPCR, and others. This approach seeks to determine, not only the biochemical basis for resistance, but also those candidate proteins and pathways that would be well suited for the development of a new class of co-drugs that would target and delay the development of resistance. Our studies can also provide valuable molecular indicators of emerging resistance. Using our expertise in experimental evolution, we have also developed a new approach to harness both the power of evolution and the largely unexplored biochemical diversity and killing strategies of one of Nature's best antibiotic producing organisms: Streptomyces. We use experimental evolution within micro-emulsion droplets to produce selection conditions to identify variants of S. roseosporus (the “Predator”) that have improved their ability to kill a VRE strain (the “Prey”). Within each micro-droplet, we trap the two populations (Predator and a Prey). If the Predator can adapt to kill the Prey, the adapted Predator has a significant resource advantage, and increased reproductive success, over the un-adapted Predator. Taken together, this project takes a multi-pronged approach to uncovering the mechanisms and physicochemical basis for the evolution of antibiotic resistance and extends experimental evolution to include a novel method for discovering new antimicrobials.
细菌病原体中的抗生素耐药性仍然是公众面临的重大挑战之一 当今世界上的健康。抗生素的宽度使用已经制备了耐多药的崛起 有可能破坏现代医学成功的病原体。中心 疾病控制和预防已确定多药抗肠球菌是“严重威胁” 需要迅速而持续的活动以限制增殖。 Daptomycin是一种前线抗生素, 对革兰氏阳性生物的疗效,用于多药的频率增加 抗性肠球菌,例如抗性霉素肠球菌(VRES)。该提议的目的是 全面绘制导致肠球菌抗DAP抗性的进化轨迹 并阐明蛋白质结构功能的确定变化如何建立物理 观察到的抗性表型的基础。我们在小说中使用定量实验进化 连续培养物生物反应器系统识别和对最重要的进化轨迹进行排名 导致阻力。基于这些结果,我们将表征最相关的蛋白质和 使用生化和结构方法的结合,达托霉素耐药性的途径 将生物物理特性的变化与抗性联系起来。技术包括X射线晶体学, 酶活性,配体亲和力,蛋白质稳定性研究,RNASEQ,QPCR等。这种方法 寻求不仅要确定抗性的生化基础,还要确定那些候选蛋白 以及非常适合开发新的副杰罗斯的途径 目标并延迟阻力的发展。我们的研究也可以提供有价值的分子 新兴抗性的指标。利用我们在实验进化方面的专业知识,我们也有 开发了一种新的方法来利用进化的力量和很大的意外 大自然最佳抗生素生产生物之一的生化多样性和杀死策略: 链霉菌。我们在微乳液中使用实验进化来产生选择 识别roseosporus的变体(“捕食者”)的条件提高了其杀戮能力 VRE菌株(“猎物”)。在每个微滴滴中,我们捕获两个种群(捕食者和猎物)。 如果捕食者可以适应杀死猎物,则改编的捕食者具有重要的资源优势, 并增加了非适应性捕食者的生殖成功。综上所述,这个项目需要 一种多管齐的方法,用于揭示进化的机制和物理化学基础 抗生素耐药性并扩展了实验进化,以包括一种新的发现方法 新的抗微生物。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Small changes in enzyme function can lead to surprisingly large fitness effects during adaptive evolution of antibiotic resistance.
在抗生素耐药性的适应性进化过程中,酶功能的微小变化可能会导致惊人的巨大适应性效应。
Asymmetric Alkylation of Anthrones, Enantioselective Total Synthesis of (-)- and (+)-Viridicatumtoxins B and Analogues Thereof: Absolute Configuration and Potent Antibacterial Agents.
Daptomycin-resistant Enterococcus faecalis diverts the antibiotic molecule from the division septum and remodels cell membrane phospholipids.
达托霉素耐药粪肠球菌将抗生素分子从分裂隔膜转移并重塑细胞膜磷脂。
  • DOI:
    10.1128/mbio.00281-13
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Tran,TrucT;Panesso,Diana;Mishra,NagendraN;Mileykovskaya,Eugenia;Guan,Ziqianq;Munita,JoseM;Reyes,Jinnethe;Diaz,Lorena;Weinstock,GeorgeM;Murray,BarbaraE;Shamoo,Yousif;Dowhan,William;Bayer,ArnoldS;Arias,CesarA
  • 通讯作者:
    Arias,CesarA
Indirect Enrichment of Desirable, but Less Fit Phenotypes, from a Synthetic Microbial Community Using Microdroplet Confinement.
使用微滴限制从合成微生物群落中间接富集所需但不太适合的表型。
  • DOI:
    10.1021/acssynbio.3c00008
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    GanigaPrabhakar,Ramya;Fan,Gaoyang;Alnahhas,RazanN;Hirning,AndrewJ;Bennett,MatthewR;Shamoo,Yousif
  • 通讯作者:
    Shamoo,Yousif
Targeting cell membrane adaptation as a novel antimicrobial strategy.
  • DOI:
    10.1016/j.mib.2016.07.002
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Tran TT;Miller WR;Shamoo Y;Arias CA
  • 通讯作者:
    Arias CA
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