Актинобактерии рода Streptomyces – резервуар генов аминогликозидацетилтрансфераз

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Отсутствие успехов в борьбе с распространением множественной лекарственной устойчивости у патогенных бактерий заставляет научное сообщество на новом уровне знаний анализировать механизмы, пути распространения и природные резервуары, содержащие бактерии, которые являются носителями генов устойчивости к антибиотикам. Классическим механизмом устойчивости к аминогликозидным антибиотикам (АГ) является модификация АГ ферментами, наиболее распространенными и клинически значимыми из них являются аминогликозидацетилтрансферазы (ААС). В рамках данного исследования в секвенированных геномах штаммов Streptomyces – продуцентов АГ, выявлены гены, кодирующие ферменты, относящиеся к подсемействам AAC(2'), AAC(3), AAC(6') и Eis. Сравнительный анализ аминокислотных последовательностей показал, что ближайшими гомологами для выявленных ААС являются ацетилтрансферазы других видов актинобактерий рода Streptomyces, не продуцирующих АГ (продуцентов других классов антибиотиков или не являющихся продуцентами антибиотиков). Сравнительный филогенетический анализ аминокислотных последовательностей показал, что ферменты AAC(2′) и Eis являются гомологами ацетилтрансфераз AAC(2′)-I и Eis, идентифицированных ранее у микобактерий. Обсуждается возможная роль ацетилтрансфераз Eis в ацетилировании различных субстратов при попадании в организм человека через содержащие их везикулы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Г. Алексеева

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: Alekseevamg@mail.ru
Россия, 119991, Москва

А. В. Ратькин

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Email: Alekseevamg@mail.ru
Россия, 119991, Москва

О. О. Галанова

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Email: Alekseevamg@mail.ru
Россия, 119991, Москва

В. Н. Даниленко

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Email: Alekseevamg@mail.ru
Россия, 119991, Москва

Список литературы

  1. Serio A.W., Keepers T., Andrews L. et al. Aminoglycoside revival: Review of a historically important class of antimicrobials undergoing rejuvenation // EcoSal. Plus. 2018. V. 8. № 1. https://doi.org/10.1128/ecosalplus.ESP-0002-2018
  2. Ramirez M.S., Tolmasky M.E. Aminoglycoside modifying enzymes // Drug. Resist. Updat. 2010. V. 13. № 6. P. 151–171. https://doi.org/10.1016/j.drup.2010.08.003
  3. Webster C.M., Shepherd M. A mini-review: Environmental and metabolic factors affecting aminoglycoside efficacy // World J. Microbiol. Biotechnol. 2022. V. 39. № 1. P. 7. https://doi.org/10.1007/s11274-022-03445-8
  4. Hotta K., Kondo S. Kanamycin and its derivative, arbekacin: Significance and impact // J. Antibiot. (Tokyo). 2018. V. 71. № 4. P. 417–424. https://doi.org/10.1038/s41429-017-0017-8
  5. Рудакова Н.Н., Алексеева М.Г., Даниленко В.Н. Гены аминогликозидфосфотрансфераз у почвенных бактерий рода Streptomyces // Успехи совр. биологии. 2020. T. 140. № 3. С. 211–224. https://doi.org/10.31857/S0042132420020064
  6. Sękowska A. In vitro activity of plazomicin and other aminoglycosides against Klebsiella pneumoniae multidrug-resistant strains // J. Antibiot. (Tokyo). 2024. V. 77. № 8. P. 548–551. https://doi.org/10.1038/s41429-024-00734-2.
  7. Garneau-Tsodikova S., Labby K.J. Mechanisms of resistance to aminoglycoside antibiotics: Overview and perspectives // Medchemcomm. 2016. V. 7. № 1. P. 11–27. https://doi.org/10.1039/C5MD00344J
  8. Pradier L., Bedhomme S. Ecology, more than antibiotics consumption, is the major predictor for the global distribution of aminoglycoside-modifying enzymes // Elife. 2023. V. 12. https://doi.org/10.7554/eLife.77015
  9. Durand G.A., Raoult D., Dubourg G. Antibiotic discovery: History, methods and perspectives // Int. J. Antimicrob. Agents. 2019. V. 53. № 4. P. 371–382. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2018.11.010
  10. Meyer K.J., Nodwell J.R. Streptomyces extracellular vesicles are a broad and permissive antimicrobial packaging and delivery system // J. Bacteriol. 2024. V. 206. № 3. https://doi.org/10.1128/jb.00325-23
  11. Ogawara H. Comparison of antibiotic resistance mechanisms in antibiotic-producing and pathogenic bacteria // Molecules. 2019. V. 24. № 19. https://doi.org/10.3390/molecules24193430
  12. Sanz-García F., Anoz-Carbonell E., Pérez-Herrán E. et al. Mycobacterial aminoglycoside acetyltransferases: A little of drug resistance, and a lot of other roles // Front. Microbiol. 2019. V. 10. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00046
  13. Pan Q., Zhao F.L., Ye B.C. Eis, a novel family of arylalkylamine N-acetyltransferase (EC 2.3.1.87) // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 2435. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20802-6
  14. Darby E.M., Trampari E., Siasat P. et al. Molecular mechanisms of antibiotic resistance revisited // Nat. Rev. Microbiol. 2023. V. 21. № 5. P. 280–295. https://doi.org/10.1038/s41579-022-00820-y
  15. d'Udekem d'Acoz O., Hue F., Ye T. et al. Dynamics and quantitative contribution of the aminoglycoside 6'-N-acetyltransferase type Ib to amikacin resistance // mSphere. 2024. V. 9. № 3. https://doi.org/10.1128/msphere.00789-23
  16. Peterson E., Kaur P. Antibiotic resistance mechanisms in bacteria: Relationships between resistance determinants of antibiotic producers, environmental bacteria, and clinical pathogens // Front. Microbiol. 2018. V. 9. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02928
  17. Hotta K. Basic and applied research on multiple aminoglycoside antibiotic resistance of actinomycetes: an old-timer's recollection // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2021. V. 48. № 9–10. https://doi.org/10.1093/jimb/kuab059
  18. Nesme J., Simonet P. The soil resistome: A critical review on antibiotic resistance origins, ecology and dissemination potential in telluric bacteria // Environ Microbiol. 2015. V. 17. № 4. P. 913–930. https://doi.org/10.1111/1462-2920.12631
  19. Alekseeva M.G., Rudakova N.N., Ratkin A.V. et al. Resistome in Streptomyces rimosus – a reservoir of aminoglycoside antibiotics resistance genes // Biochemistry (Moscow). 2023. V. 88. № 6. P. 723–730. https://doi.org/10.1134/S0006297923060019
  20. Altschul S.F., Madden T.L., Schaffer A.A. et al. Gapped BLAST and PSI-BLAST: A new generation of protein database search programs // Nucl. Ac. Res. 1997. V. 25. № 17. P. 3389–3402. https://doi.org/10.1093/nar/25.17.3389
  21. Tamura K., Stecher G., Kumar S. MEGA11: Molecular evolutionary genetics analysis version 11 // Mol. Biol. Evol. 2021. V. 38. № 7. P. 3022–3027. https://doi.org/10.1093/molbev/msab120
  22. Gil-Gil T., Laborda P., Sanz-García F. et al. Antimicrobial resistance: A multifaceted problem with multipronged solutions // Microbiologyopen. 2019. V. 8. № 11. https://doi.org/10.1002/mbo3.945
  23. Roohi R., Bano N. Actinobacteria: Smart micro-factories for the health sector // Recent. Pat. Biotechnol. 2024. May 10. https://doi.org/10.2174/0118722083300181240429072502. Epub ahead of print
  24. Niranjan V., Uttarkar A., Murali K. et al. Mycobacterium time-series genome analysis identifies aac2' as a potential drug target with naloxone showing potential bait drug synergism // Molecules. 2022. V. 27. № 19. https://doi.org/10.3390/molecules27196150
  25. Shin D.M., Jeon B.Y., Lee H.M. et al. Mycobacterium tuberculosis eis regulates autophagy, inflammation, and cell death through redox-dependent signaling // PLoS Pathog. 2010. V. 6. № 12. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1001230
  26. Duan L., Yi M., Chen J. et al. Mycobacterium tuberculosis EIS gene inhibits macrophage autophagy through up-regulation of IL-10 by increasing the acetylation of histone H3 // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2016. V. 473. № 4. P. 1229–1234. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.04.045
  27. Ватлин А.А., Беккер О.Б., Лысенкова Л.Н. и др. Секвенирование и анализ резистома Streptomyces fradiae ATCC19609 с целью разработки тест-системы для скрининга новых антибактериальных веществ // ГЕНЕТИКА. 2016. Т. 52. № 6. С. 723–727.
  28. Kovtun A.S., Averina O.V., Alekseeva M.G. et al. Antibiotic resistance genes in the gut microbiota of children with autistic spectrum disorder as possible predictors of the disease // Microb. Drug. Resist. 2020. V. 26. № 11. P. 1307–1320. https://doi.org/10.1089/mdr.2019.0325

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Филогенетическое дерево, построенное на основе аминокислотных последовательностей AAC(2) штаммов – продуцентов АГ, продуцентов других классов и идентифицированных ранее AAC(2)-I ферментов.

Скачать (131KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Филогенетическое дерево, построенное на основе выравнивания аминокислотных последовательностей ацетилтрансфераз Eis продуцентов АГ с Eis M. tuberculosis.

Скачать (344KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025