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Horizontal Gene Transfer Mediated Multidrug Resistance: A Global Crisis, 2nd Edition
No full textThis eBook is a collection of articles from a Frontiers Research Topic. Frontiers Research Topics are very popular trademarks of the Frontiers Journals Series: they are collections of at least ten articles, all centered on a particular subject. With their unique mix of varied contributions from Original Research to Review Articles, Frontiers Research Topics unify the most influential researchers, the latest key findings and historical advances in a hot research area! Find out more on how to host your own Frontiers Research Topic or contribute to one as an author by contacting the Frontiers Editorial Office: frontiersin.org/about/contac
Horizontal Gene Transfer Mediated Multidrug Resistance: A Global Crisis, 2nd Edition
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Adaptive résistance to polymyxins in Pseudomonas aeruginosa
No full textLa résistance aux polymyxines chez P. aeruginosa résulte en partie de la modification du lipide A par addition de 4-amino-aL-arabinose (L-Ara4N), due à l'expression de l'opéron arnBCADTEF-ugD (arn), activée par au moins 6 systèmes de régulation à deux composants (S2C). Nous avons mis en évidence que P. aeruginosa était capable de s'adapter de manière transitoire à la présence de fortes concentrations de polymyxines (8 x CMI) aussi bien in vitro que in vivo dans un modèle murin d'infection pulmonaire aiguë. La délétion de l'opéron arn chez la souche sauvage n'a pas modifié la capacité d'adaptation de P. aeruginosa. Afin d'identifier les gènes impliqués dans le processus adaptatif, le transcriptome global du mutant PAOl/z«;-Aar«-ATCS délété des principaux S2C (parRS, pmrAB, cprRS eiphoPQ) et de l'opéron arn a été réalisé en présence de différentes concentrations de colistine par RNA-Seq. Deux nouveaux mécanismes ont ainsi été identifiés. L'un repose sur l'expression de l'opéron mmsAB codant des enzymes du catabolisme des acides gras et l'autre fait intervenir le facteur sigma alternatif AlgU. Seule la délétion conjointe du gène algW participant à l'activation de AlgU et des opérons arn, mmsAB, pmrAB, parRS, phoPQ et cprRS a permis d'abolir complètement la résistance adaptative à la colistine. Par ailleurs, nous avons mis en évidence le rôle des vésicules de membrane externe (OMVs) dans la séquestration de l'antibiotique, dont la production semble régulée au moins par AlgU et le PQS. Ces travaux offrent des perspectives intéressantes pour l'identification de nouvelles cibles antibactériennes et pour l'amélioration de l'effet bactéricide des polymyxines.Resistance to polymyxins in Pseudomonas aeruginosa involves the addition of 4-amino-L-arabinose (Ara4N) to LPS phosphates, thanks to an enzymatic modification due to the operon named arnBCADTEF-ugD (arn) whose expression is activated by at least 6 two component regulatory Systems (TCS). We demonstrated that P. aeruginosa was able to resist in a transient way to high concentrations of polymyxins (8x MIC) in vitro and in vivo in a mice lung infection model. Arn operon deletion in the wild type strain did not modify the ability to adapt to polymyxins. In order to identify gènes involved in adaptive resistance, we performed RNA-seq transcriptomes of quintuple mutant PAO\lux-Aaw-ATCS exposed to different concentrations of colistin or non exposed. Two new mechanisms were identified. The first one is based upon mmsAB operon encoding fatty acid catabolism enzymes and the second one is due to the sigma factor AlgU. Only the deletions of algW%enz involved in AlgU activation and arn, mmsAB, pmrAB, parRS, phoPQ and cprRS operons completely abolished the adaptive process. We also demonstrated the role of outer membrane vesicles in the sequestration of colistin whose production is regulated by AlgU and PQS. This study provides knoweldge essential for the design of novel strategies aimed at tackling the adaptive resistance to polymyxins
Role of the RND family of efflux systems in the antibiotic resistance of Pseudomonas sp.
No full textLes antibiotiques sont des molécules majeures de l’arsenal thérapeutique moderne contre les infections bactériennes. Cependant, ces dernières décennies ont vu naître émerger des souches résistantes, notamment chez le pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa, reconnu comme cible prioritaire de développement de nouvelles stratégies thérapeutiques par l’Organisation Mondiale de la Santé. Son proche parent, P. putida, est rarement identifié dans des prélèvements cliniques mais sa capacité à acquérir des mécanismes de résistance en fait un excellent modèle d’étude. La surproduction des pompes d’efflux actif de la famille RND (Resistance, Nodulation, Cell Division) est l’un des mécanismes impliqués dans la résistance aux antibiotiques chez les bactéries. Cette surproduction survient généralement suite à une altération de leur voie de régulation en raison d’une mutation génétique. Ces systèmes vont permettre d’exporter un large spectre d’antibiotiques, ce qui en fait un élément majeur du développement de souches multi-résistantes. La caractérisation de ces systèmes, de leurs substrats et de leur régulation est primordiale pour préserver l’activité des antibiotiques et designer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Ce travail de thèse a été divisé en deux projets. Au cours du premier projet, nous avons étudié les systèmes impliqués dans la résistance à la colistine chez P. aeruginosa, un peptide antimicrobien utilisé en dernier recours contre les souches multi-résistantes. Nous avons ainsi mis en évidence le rôle majeur joué par le système à deux composants (S2C) ParRS, qui contrôle l’expression de nombreux gènes, notamment l’opéron arnBCADTEF-ugd impliqué dans la synthèse et la fixation d’amino-arabinose sur le lipopolysaccharide, conférant une résistance à la colistine. Nous avons mis en évidence l’implication de la pompe RND MexXY(OprM), régulée par le S2C ParRS, dans la résistance à la colistine observée chez des mutants sélectionnés in vitro ainsi que des souches issues de prélèvements cliniques. La délétion de l’opéron mexXY conduit à une diminution de la résistance à la colistine de 16 à 128 fois chez les souches testées. Cependant, la surexpression de l’opéron mexXY chez la souche sensible PAO1 n’a pas suffi à conférer une résistance. La présence de la pompe est donc nécessaire, mais pas suffisante à l’obtention d’une résistance à la colistine, conférée par la surproduction de l’opéron arn. Cependant, le mécanisme par lequel MexXY(OprM) participe à la résistance n’est pas encore compris, et des études supplémentaires seront nécessaires pour mieux définir son rôle. Le second projet a permis la caractérisation d’un nouveau système de type RND chez P. putida, capable de prendre en charge les aminosides, les macrolides, les fluoroquinolones et le céfépime et de participer à la résistance naturelle et acquise à ces molécules. Nous avons sélectionné in vitro un mutant issu de la souche de référence KT2440 qui était résistant à toutes les β-lactamines à l’exception de l’imipénème, aux aminosides, aux fluoroquinolones et aux macrolides. Ce mutant surproduisait deux pompes de type RND : la pompe TtgABC, ainsi qu’une pompe non caractérisée que nous avons nommée ParXY (pour putida aminoglycoside resistance). Le séquençage du génome de cette souche a montré qu’une inactivation du gène sucD, codant pour la succinyl-CoA synthétase du cycle de Krebs, était responsable de l’activation d’un S2C, que nous avons nommé ParRS, codé par un opéron de deux gènes directement en amont de l’opéron parXY. Ce système à deux composants était constitutivement actif dans le mutant in vitro et responsable de la co-activation de ParXY et TtgABC. La caractérisation d’une collection de souches cliniques de P. putida a montré l’existence d’une souche dans laquelle le gène sucD était inactivé avec un phénotype similaire au mutant in vitro. Dans l’ensemble, ce travail a permis de mieux comprendre le rôle des pompes RND chez P. aeruginosa et P. putida.Antibiotics are major contributors to the modern therapeutic arsenal used to combat bacterial infections. However, these last decades have seen the emergence of multi-drug resistant strains, including the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa, acknowledged as a priority target for the development of new treatment strategies by the World Health Organization. Its phylogenetically close relative, P. putida, is rarely identified in clinical isolates but is an excellent model to study its capacity to acquire and collect resistance mechanisms. The overproduction of efflux pumps of the RND family (Resistance, Nodulation and cell Division) is one of the mechanisms involved in bacterial antibiotic resistance. This overproduction generally follows an alteration of their regulatory pathway through genetic mutation. These systems are able to export an extended spectrum of antibiotics, making them a major element responsible for the development of multi-drug resistance. The characterization of these efflux systems, their substrates and their regulation mechanisms is of primary importance to preserve the activity of antibiotics and to design new therapeutic strategies. This work has been divided in two separate thesis projects. During the first project, we have studied the mechanisms involved in colistin resistance in P. aeruginosa, an antimicrobial peptide used as a last-resort against extremely-drug resistant strains. We have evidenced the major role played by the two-component system (TCS) ParRS, which controls the expression of a wide range of genes, including the arnBCADTEF-ugd (arn) operon involved in the synthesis, the transport and the fixation of aminoarabinose on the lipopolysaccharide, conferring resistance to colistin. We have demonstrated the involvement of the RND efflux pump MexXY(OprM), regulated by the TCS ParRS, in the colistin resistance observed in in vitro selected mutants and clinical strains. The deletion of the mexXY operon leads to a 16- to 128-times reduction of the colistin MIC in the tested strains. However, artificially overexpressing the mexXY operon in the susceptible strain PAO1 did not confer colistin resistance. Thus, the presence of the efflux pump was necessary, but not sufficient to obtain colistin resistance, which seems to be depending on the overexpression of the arn operon. However, the precise mechanism by which the MexXY(OprM) efflux system participates to resistance is still not clear and further studies will be needed for its role to be fully elucidated. The second project led to the characterization of a novel RND efflux pump in P. putida, capable to extrude aminoglycosides, macrolides, fluoroquinolones and cefepim and to participate to intrinsic and acquired resistance to these molecules. We have selected in vitro a mutant derived from the KT2440 wild type strain of P. putida, which had become resistant to all β-lactams except for imipenem, to aminoglycosides, to fluoroquinolones and to macrolids. This mutant overproduced two efflux pumps of the RND family : the TtgABC pump, and an uncharacterized system we decided to call ParXY, for putida aminoglycoside resistance. Whole genome sequencing of this strain revealed that a frame-shift occurred in the gene sucD coding for the succinyl-CoA synthetase, an enzyme of the TCA cycle. This frame-shift was responsible for the consecutive activation of a TCS that we named ParRS, coded by a divergently-transcribed two-genes operon next to the parXY operon. This TCS was constitutively active in the in vitro mutant and responsible for the co-activation of the ParXY and TtgABC efflux pumps. The characterization of a collection of clinical isolates of P. putida revealed the existence of a strain with an impaired sucD gene, concomitant with a similar resistance phenotype as the in vitro-selected mutant. In conclusion, this work increased our knowledge of the involvement of RND efflux systems in the antibiotic resistance of P. aeruginosa and P. putida
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Characterization of pseudomonas aeruginosa mutants overproducing the MexXY/OprM efflux system
No full textPseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste majeur de l'Homme capable de mettre en jeu tout un ensemble de mécanismes pour résister aux antibiotiques. Parmi eux, le système d'efflux actif MexXY(OprM) s'oppose, lorsqu'il est surproduit, à l'accumulation intracellulaire de différents composés dont certains, comme les aminosides et les fluoroquinolones, sont largement utilisés dans le traitement des infections à P. aeruginosa. Chez les souches cliniques, la surproduction de la pompe MexXY résulte de mutations soit dans le gène répresseur de l'opéron mexXY, mexZ (mutants agrZ) soit dans des loci génétiques encore inconnus (mutants agrUI). Au cours de ce travail, nous avons carcatérisés deux types de mutants agr W dérivés de la souche de référence PAO 1. Les premiers, agr WI, présentent une augmentation de la résistance aux antibiotiques substrats de la pompe Mex.XY comparable à celle observée chez les mutants agrZ tandis que les seconds, agrW2, sont en plus résistants aux carbapénèmes et aux peptides cationiques ( colistine ). Par une approche de séquençage à haut débit des génomes, nous avons identifié chez les mutants agrWI une mutation dans deux des quatre allèles codant pour la sous-unité ribosomale 23S et chez les mutants agrW2 une mutation dans le régulateur de réponse d'un système à deux composants dénommé ParR. A l'aide d'expériences de RT-qPCR, d'inactivation et de complémentation génique deux voies distinctes d'activation de MexXY/OprM ont été identifiées. Parallèlement, la comparaison des transcriptomes globaux des mutants agrWI, agrW2 avec celui de la souche PAOl nous a permis de mieux comprendre dans quel processus cellulaire s'intègre la pompe Mex.XY /OprM.Pseudomonas aeruginosa is a nosocomial pathogen naturally resistant to many antibiotics thanks to numerous resistant mechanisms. Among them, overproduction of the MexXY/OprM efflux system leads to decrease significantly the susceptibility of P. aeruginosa to aminoglycosides and fluoroquinolones. In clinical strains, upregulation of this pump often results from mutations occurrinJ in mexZ ( agrZ mutants), the local repressor gene of the mexXY operon. Analysis of MexXYoverproducing mutants selected in vitro from the reference strain PAO 1 led to identification of two new classes of mutants (agrWmutants) harboring an intact mexZ gene. The first, named agrWI mutants, shows an increase resistance to Mex.XY substrates similar to that observed in agrZ mutants while the second, dubbed agrW2, are more resistant to carbapenems and cationic peptides (colistin) in addition to aminoglycosides and fluoroquinolones. Whole-genome sequencing experiments revealed in agrWI mutants a mutation in two of the four alleles encoding the 23S ribosomal subunit and in agr W2 mutants, a mutation in the response regulator of a two-component system called ParR. By using RT-qPCR, inactivation and complementation experiments, two distinct activation pathway of the MexXY /OprM efflux system have been identified. Meanwhile, transcriptomic profiles of agrWJ and agrW2 mutants compared with the PAOl reference strain has allowed us to better understand the physiologie function of the MexXY/OprM efflux pum
Etude de l'activité de la murepavadine sur des souches cliniques de pseudomonas aeruginosa dans le contexte de la mucoviscidose et identification des mécanismes de résistance
No full textLa murepavadine est un peptidomimétique dérivé de la protégrine-1, qui montre jusqu'à présent une activité prometteuse contre la P. aeruginosa multirésistante. Dans ce projet, nous avons amélioré nos connaissances sur l'activité de la murepavadine et démontré une fois de plus son activité prometteuse lorsqu'elle a été testée sur un large panel de souches cliniques isolées de patients atteints de mucoviscidose. Cependant, de faibles niveaux de sensibilité à la murepavadine sont toujours apparus. En analysant les séquences du génome entier des isolats peu sensibles par rapport à ceux plus sensibles à la murepavadine, nous avons pu identifier plusieurs déterminants et confirmer leur implication dans la réduction de la sensibilité, certains entraînant une résistance croisée aux traitements antibiotiques couramment utilisés. Une deuxième partie du projet a été consacrée à la compréhension de la réponse moléculaire de P. aeruginosa après l'exposition à la murepavadine. Nous avons pu montrer l'activation des voies impliquées dans la modification du LPS en réponse à la murepavadine. Une troisième partie a été consacrée à l'étude du rôle de la pompe d'efflux MexXY/OprM, qui est fréquemment sur-exprimée dans les isolats cliniques de la mucoviscidose. Nous avons pu montrer qu'elle joue également un rôle dans la réduction de la sensibilité à la murepavadine chez les mutants pmrB de PAO1. Une approche métabolomique globale de la molécule exportée par cette pompe a permis d'identifier un petit peptide potentiel qui pourrait être exporté par MexXY/OprM. Cependant, d'autres analyses visant à identifier ce peptide sont encore en cours. Enfin, nous avons également démontré une relation entre cette pompe d'efflux et les polyamines dans les mutants PAO1 pmrB, ce qui suggère que les polyamines pourraient également participer à la réduction de la sensibilité à la murepavadine.Murepavadin, is a peptidomimetic derived from protegrin-1, that shows so far a promising activity against multi-drug resistant P. aeruginosa. In this project, we improved our knowledge on murepavadin activity and demonstrated once again its promising activity when tested on a large panel of clinical strains isolated from CF patients. However, low susceptibility levels to murepavadin still appeared. By analysing whole genome sequences of isolates with low susceptibility in comparison with those with higher susceptibility, we could identify several determinants and confirm their implication in reducing susceptibility, with some causing cross-resistance to commonly used antibiotic treatments. A second part of the project was focued on understanding the molecular response of P. aeruginosa following the exposure to murepavadin. We could show the activation of pathways implicated in LPS modification as a response to murepavadin. A third part, was focued on studying the role of the multi-drug efflux pump MexXY/OprM, which is frequently found to be upregulated in CF clinical isolates. We could show that it also plays part in reducing the susceptibility to murepavadin in PAO1 pmrB mutants. Global metabolomic analysis to approach the molecule exported by this pump identified a small potential peptide that could be exported by MexXY/OprM. However more analysis to identify this peptide are still ongoing. Finally, we also demonstrated a relation between this efflux pump and polyamines also in PAO1 pmrB mutants, suggesting that polyamines might also participate in reducing the susceptibility to murepavadin
Characterization of ADC variants and mechanisms involved in resistance to cefiderocol and carbapenems in Acinetobacter baumannii
No full textBactérie pathogène opportuniste, Acinetobacter baumannii est bien connue des services de réanimation. Sa capacité d'acquisition et d’accumulation de nombreux mécanismes de résistance aux antibiotiques lui a valu d'être classée prioritaire par l'OMS pour le développement de nouvelles alternatives thérapeutiques en 2018.La résistance aux antibiotiques de dernier recours comme les carbapénèmes chez A. baumannii est particulièrement problématique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux mécanismes intrinsèques de résistance à ces molécules, ainsi qu’aux mécanismes de résistance au céfidérocol, beta-lactamine mise sur le marché en 2020.Le rôle de la céphalosporinase naturelle ADC a notamment été étudié, et a amené à la caractérisation de variants hydrolysant le méropénème (ADC-200 et ADC-256) ou associés à une diminution de sensibilité au céfidérocol (ADC-56, ADC-268 et ADC-276).D’autres gènes naturellement présents chez A. baumannii, comme les gènes codant les PLPs, les régulateurs des systèmes d’efflux ou participant à l’import du fer dans la bactérie semble également impliqués dans la diminution de sensibilité au céfidérocol. L’accumulation de différents mécanismes permet d’atteindre des niveaux de résistance cliniquement significatifs.Nos travaux ont aussi permis de démontrer que d’autres mécanismes transférables pouvaient contribuer à la perte de sensibilité au céfidérocol, comme la production des enzymes de type NDM.Le variant NDM-9, grâce à son résidu glutamate en position 152, est capable d’hydrolyser plus efficacement le céfidérocol que NDM-1.Acinetobacter baumannii is an opportunistic pathogen well known in intensive care units. Its ability to acquire and accumulate numerous antibiotic resistance mechanisms has led to it being identified by the WHO as a priority for the development of new therapeutic alternatives in 2018.Resistance to last-resort antibiotics such as carbapenems in A. baumannii is particularly threatening. In this study, we investigated the intrinsic mechanisms of resistance to these molecules as well as the mechanisms of resistance to cefiderocol, a beta-lactamase that has been launched in 2020.The role of the natural cephalosporinase ADC has been studied, leading to the characterisation of variants that hydrolyse meropenem (ADC-200 and ADC-256) or are associated with reduced sensitivity to cefiderocol (ADC-56, ADC-268 and ADC-276).Other genes naturally present in A. baumannii, such as genes encoding PLPs, regulating efflux systems or involved in the import of iron into the bacterium, also appear to be involved in reducing susceptibility to cefiderocol. The accumulation of different mechanisms makes it possible to achieve clinically significant levels of resistance.Our work has also shown that other transferable mechanisms could contribute to the loss of susceptibility to cefiderocol, such as the production of NDM-type enzymes.The NDM-9 variant is able to hydrolyse cefiderocol more efficiently than NDM-1, thanks to its glutamate residue at position 152
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
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