Влияние продуцирующих ESBL и MBL бактерий Pseudomonas aeruginosa на Caenorhabditis elegans: оценка выживаемости, репродуктивной способности, хемотаксического поведения и экспрессии генов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Нематода Caenorhabditis elegans является ключевой моделью для изучения взаимодействий между хозяином и патогеном. В нашем исследовании мы изучили влияние штаммов Pseudomonas aeruginosa, продуцирующих расширенный спектр бета-лактамаз (ESBL) и металло-бета-лактамаз (MBL), на выживаемость, репродуктивную способность, хемотаксическое поведение и экспрессию генов C. elegans. Как ESBL-, так и MBL-продуцирующие штаммы P. aeruginosa проявляли фенотип медленного убийства у C. elegans с продолжительной колонизацией кишечника и сокращённой продолжительностью жизни по сравнению с червями, питавшимися Escherichia coli OP50.

Материалы и методы. Штамм C. elegans N2 подвергали воздействию штаммов P. aeruginosa, продуцирующих ESBL/MBL, нерезистентного штамма P. aeruginosa и E. coli OP50. Выживаемость, плодовитость, хемотаксис и экспрессия генов daf-16 и age-1 были проанализированы с помощью тестов и qRT-PCR.

Результаты. Антибиотикорезистентные штаммы вызывали ускоренную смертность, начиная с 2-го дня, в то время как нерезистентные штаммы вызывали смертность позже, начиная с 5-го дня. Это указывает на то, что ферменты ESBL и MBL могут усиливать вирулентность P. aeruginosa. Черви, подвергшиеся воздействию антибиотикорезистентных штаммов, имели сниженную плодовитость, что указывает на ухудшение репродуктивной способности. Изменения в поведении хемотаксиса предполагали, что факторы вирулентности и кворум-сенсинг могут влиять на то, как черви ищут пищу. Анализ экспрессии генов выявил значительные изменения в гене daf-16, участвующем в сопротивляемости стрессу и иммунитете, в ответ на штаммы ESBL и MBL. Однако значительных различий в экспрессии age-1 не было, что указывает на наличие других механизмов, помимо сигнальных путей инсулина/инсулиноподобного фактора роста.

Заключение. Данное исследование подчёркивает сложные взаимодействия между вирулентностью бактерий, выживанием хозяев и репродуктивным поведением. Изучая влияние антибиотикорезистентности на C. elegans, мы предлагаем понимание более широких последствий инфекций, устойчивых к антибиотикам, и потенциальные стратегии их управления.

Об авторах

Janani Nandan

University of Madras

Email: jananinandan2014@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-9232-2784

магистр наук (медицинская микробиология), н. с. каф. микробиологии Института фундаментальных медицинских наук им. доктора A.L.M.

Индия, Ченнаи, Тамилнад

Anandhakrishnan Rajaram Heamchandsaravanan

University of Madras

Email: heamchand0314@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3369-2587

магистр наук (медицинская микробиология), н. с. каф. микробиологии Института фундаментальных медицинских наук им. доктора A.L.M.

Индия, Ченнаи, Тамилнад

Charles Sharchil

University of Madras

Email: andrewchales@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9055-0951

Ph.D. (генетика), н. с. каф. генетики Института фундаментальных медицинских наук им. доктора A.L.M.

Индия, Ченнаи, Тамилнад

Vinu Ramachandran

University of Madras

Email: vinutwin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8566-7415

Ph.D. (генетика), н. с. каф. генетики Института фундаментальных медицинских наук им. доктора A.L.M.

Индия, Ченнаи, Тамилнад

Damodharan Perumal

Indira Medical College and Hospitals

Email: 17damzz@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5318-6513

Ph.D. (медицинская микробиология), доцент, каф. микробиологии

Индия, Пандур, Тамилнад

Anandan Balakrishnan

University of Madras

Автор, ответственный за переписку.
Email: anand_gem@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0003-4747-3799

Ph.D. (генетика), доц. каф. генетики Института фундаментальных медицинских наук им. доктора A.L.M.

Индия, Ченнаи, Тамилнад

Prabu Dhandapani

University of Madras

Email: bruibms@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2866-4338

Ph.D. (медицинская микробиология), доц. и исполняющий обязанности зав. каф. микробиологии Института фундаментальных медицинских наук им. доктора A.L.M.

Индия, Ченнаи, Тамилнад

Список литературы

  1. Sifri C.D., Begun J., Ausubel F.M. The worm has turned – microbial virulence modeled in Caenorhabditis elegans. Trends Microbiol. 2005;13(3):119–27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tim.2005.01.003
  2. Tan M.W., Mahajan-Miklos S., Ausubel F.M. Killing of Caenorhabditis elegans by Pseudomonas aeruginosa used to model mammalian bacterial pathogenesis. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1999;96(2):715–20. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.96.2.715
  3. Tan M.W., Rahme L.G., Sternberg J.A., et al. Pseudomonas aeruginosa killing of Caenorhabditis elegans used to identify P. aeruginosa virulence factors. Proc. Natl Acad. Sci. U. S. A. 1999;96(5):2408–13. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.96.5.2408
  4. Kirienko N.V., Cezairliyan B.O., Ausubel F.M., Powell J.R. Pseudomonas aeruginosa PA14 pathogenesis in Caenorhabditis elegans. Methods Mol. Biol. 2014;1149:653–69. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0473-0_50
  5. Heurlier K., Dénervaud V., Haas D. Impact of quorum sensing on fitness of Pseudomonas aeruginosa. Int. J. Med. Microbiol. 2006;296(2-3):93–102. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2006.01.043
  6. Bradford P.A. Extended-spectrum beta-lactamases in the 21st century: characterization, epidemiology, and detection of this important resistance threat. Clin. Microbiol. Rev. 2001;14(4):933–51. DOI: https://doi.org/10.1128/CMR.14.4.933-951.2001
  7. Ghanem S.M., Abd El-Baky R.M., Abourehab M.A.S., et al. Prevalence of quorum sensing and virulence factor genes among Pseudomonas aeruginosa isolated from patients suffering from different infections and their association with antimicrobial resistance. Infect. Drug Resist. 2023;16:2371–85. DOI: https://doi.org/10.2147/IDR.S403441
  8. Moradali M.F., Ghods S., Rehm B.H. Pseudomonas aeruginosa lifestyle: a paradigm for adaptation, survival, and persistence. Front. Cell Infect. Microbiol. 2017;7:39. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2017.00039
  9. Riquelme S.A., Liimatta K., Wong Fok Lung T., et al. Pseudomonas aeruginosa utilizes host-derived itaconate to redirect its metabolism to promote biofilm formation. Cell Metab. 2020;31(6):1091–106.e6. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.04.017
  10. Maurice N.M., Bedi B., Sadikot R.T. Pseudomonas aeruginosa biofilms: host response and clinical implications in lung infections. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2018;58(4):428–39. DOI: https://doi.org/10.1165/rcmb.2017-0321TR
  11. Edward E.A., El Shehawy M.R., Abouelfetouh A., Aboulmagd E. Prevalence of different virulence factors and their association with antimicrobial resistance among Pseudomonas aeruginosa clinical isolates from Egypt. BMC Microbiol. 2023;23(1):161. DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-023-02897-8
  12. Bae I.K., Suh B., Jeong S.H., et al. Molecular epidemiology of Pseudomonas aeruginosa clinical isolates from Korea producing β-lactamases with extended-spectrum activity. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2014;79(3):373–7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.diagmicrobio.2014.03.007
  13. Irazoqui J.E., Troemel E.R., Feinbaum R.L., et al. Distinct pathogenesis and host responses during infection of C. elegans by P. aeruginosa and S. aureus. PLoS Pathog. 2010;6(7):e1000982. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1000982
  14. Papaioannou E., Utari P.D., Quax W.J. Choosing an appropriate infection model to study quorum sensing inhibition in Pseudomonas infections. Int. J. Mol. Sci. 2013;14(9):19309–40. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms140919309
  15. Hoffmann J.A., Kafatos F.C., Janeway C.A., Ezekowitz R.A. Phylogenetic perspectives in innate immunity. Science. 1999;284(5418):1313–8. DOI: https://doi.org/10.1126/science.284.5418.1313
  16. Balla K.M., Troemel E.R. Caenorhabditis elegans as a model for intracellular pathogen infection. Cell. Microbiol. 2013;15(8):1313–22. DOI: https://doi.org/10.1111/cmi.12152
  17. Baumeister R., Schaffitzel E., Hertweck M. Endocrine signaling in Caenorhabditis elegans controls stress response and longevity. J. Endocrinol. 2006;190(2):191–202. DOI: https://doi.org/10.1677/joe.1.06856
  18. Zarroug S.H.O., Bajaman J.S., Hamza F.N., et al. Caenorhabditis elegans as an in vivo model for the discovery and development of natural plant-based antimicrobial compounds. Pharmaceuticals (Basel). 2023;16(8):1070. DOI: https://doi.org/10.3390/ph16081070
  19. Adonizio A., Kong K.F., Mathee K. Inhibition of quorum sensing-controlled virulence factor production in Pseudomonas aeruginosa by South Florida plant extracts. Antimicrob. Agents Chemother. 2008;52(1):198–203. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.00612-07
  20. Kurz C.L., Ewbank J.J. Caenorhabditis elegans: an emerging genetic model for the study of innate immunity. Nat. Rev. Genet. 2003;4(5):380–90. DOI: https://doi.org/10.1038/nrg1067
  21. Irazoqui J.E., Urbach J.M., Ausubel F.M. Evolution of host innate defence: insights from Caenorhabditis elegans and primitive invertebrates. Nat. Rev. Immunol. 2010;10(1):47–58. DOI: https://doi.org/10.1038/nri2689
  22. Mahajan-Miklos S., Tan M.W., Rahme L.G., Ausubel F.M. Molecular mechanisms of bacterial virulence elucidated using a Pseudomonas aeruginosa – Caenorhabditis elegans pathogenesis model. Cell. 1999;96(1):47–56. DOI: https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80958-7
  23. Wittkowski P., Marx-Stoelting P., Violet N., et al. Caenorhabditis elegans as a promising alternative model for environmental chemical mixture effect assessment – a comparative study. Environ. Sci. Technol. 2019;53(21):12725–33. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.9b03266
  24. Zečić A., Braeckman B.P. DAF-16/FoxO in Caenorhabditis elegans and its role in metabolic remodeling. Cells. 2020;9(1):109. DOI: https://doi.org/10.3390/cells9010109
  25. Jia K., Thomas C., Akbar M., et al. Autophagy genes protect against Salmonella typhimurium infection and mediate insulin signaling-regulated pathogen resistance. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2009;106(34):14564–9. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0813319106
  26. Singh V., Aballay A. Regulation of DAF-16-mediated innate immunity in Caenorhabditis elegans. J. Biol. Chem. 2009;284(51):35580–7. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M109.060905
  27. Lin K., Dorman J.B., Rodan A., Kenyon C. daf-16: An HNF-3/forkhead family member that can function to double the life-span of Caenorhabditis elegans. Science. 1997;278(5341):1319–22. DOI: https://doi.org/10.1126/science.278.5341.1319
  28. Li W.J., Wang C.W., Tao L., et al. Insulin signaling regulates longevity through protein phosphorylation in Caenorhabditis elegans. Nat. Commun. 2021;12(1):4568. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-24816-z
  29. Cheng C.L., Gao T.Q., Wang Z., Li D.D. Role of insulin/insulin-like growth factor 1 signaling pathway in longevity. World J. Gastroenterol. 2005;11(13):1891–5. DOI: https://doi.org/10.3748/wjg.v11.i13.1891

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Nandan J., Heamchandsaravanan A.R., Sharchil C., Ramachandran V., Perumal D., Balakrishnan A., Dhandapani P., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).