Studying genetic and enzymatic constraints driving evolution of antibiotic resistance
Antibiyotik direncinin evrilmesine yol açan genetik ve enzimatik etkenlerin incelenmesi
- Tez No: 392245
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ERDAL TOPRAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Genetik, Tıbbi Biyoloji, Bioengineering, Genetics, Medical Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Bilimleri ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Günümüz dünyası bakterilerin antimikrobiyal ilaçlara direnç kazanması nedeniyle antibiyotiklerin tamamıyla etkisiz hale geleceği güne doğru bir geçiş yaşıyor. Bir çok ölümcül bulaşıcı hastalık antibiyotiklere dirençli hale gelmiş bakteriler nedeniyle yakın gelecekte tedavisiz kalacak. Yeni antibiyotikler ve yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi ve bunlarla beraber antibiyotik direnci kazanılmasının önüne geçilmesi çok büyük önem taşıyor. Bu problemin çözülmesi adına yapılması gereken bakterilerin antibiyotik direnci kazanması işleminin genetik ve moleküler aşamalarını anlamak. Bu çalışmada trimetoprim antibiyotiğine karşı direnç kazanılmasının evrimsel temellerini farklı seçilim baskıları altında inceledik. Bu amaç doğrultusunda bakterilerin eşit bir şekilde seçilim baskılarıyla karşılaşmasına ve bakteri büyümesinin sürekli kontrol altında tutulmasına izin verebilen Morbidostat adlı makineyi kullandık. Bakteriler güçlü (Uzun süreli antibiyotik enjeksiyonuna) ve zayıf (kısa süreli antibiyotik enjeksiyonu) olmak üzere iki farklı seçilim baskısı altında antibiyotik direnci kazandılar. İllumina tüm genom sekanslama ve Sanger gen sekanslanması yöntemleriyle öncelikle deneyin sonucunda direnç kazanılmasına yol açan mutasyonları belirledik, sonrasında dihidrofolat reduktaz enzimi üzerinde görmüş olduğumuz bu mutasyonların, hangi sırayla kazanıldığını anlamak için günlük alınmış olan örnekleri sekansladık. Sonuçlarımızda güçlü seçilim baskısı altındaki popülasyonlarda genotipik çeşitlilik, zayıf seçilim gösteren popülasyonlara göre daha uzun süreli ve yaygın olarak görüldü. İkinci olarak gördüğümüz bu mutasyonları birer birer yabanıl protein üzerinde değişikliğe uğratıp deneyde gördüğümüz mutasyonların reaksiyonun biyokimyasına etkisini çalıştık. Elimizdeki ilk sonuçlar gösterdi ki; mutant proteinler yabanıl olanla karşılaştırıldığında, substrat affinitesi (Km) adına biraz kötü olsa da reaksiyonun katalizinde (Kcat/Km) 20 kata kadar daha etkili oldular. Sonuç olarak trimethoprim direnci kazanılmasında gerekli mutasyonlar, enzimin substratına karşı ilgisini azaltmış olsa da bakterinin hayatını devam ettirmesi adına çok önemli olan folat sentez yolunun çalışmasında daha etkili oldukları için bakteri popülasyonlarının Darwinsel uyumunu sağlamış oldular.
Özet (Çeviri)
World is heading towards a post-antibiotic era due to emergence of antibiotic resistance. Several fatal infectious diseases caused by antibiotic resistant bacteria cannot be treated anymore using the existing antibiotic surplus. Novel antibiotics or novel strategies to use antibiotic more efficiently are therefore crucial to combat against resistance. However, both of these approaches require a clear understanding of antibiotic resistance at molecular and genetic levels. Here in this study, we studied evolutionary dynamics of trimethoprim resistance under dynamically sustained drug selection. Using a custom made continuous culture device that we call the Morbidostat; we evolved drug sensitive Escherichia coli cells against increasing levels of trimethoprim adapting strong or mild dilution rates. First, using Illumina whole genome sequencing and Sanger sequencing, we identified trimethoprim resistance conferring mutations in dihydrofolate reductase (folA) gene and the order that these mutations appear in the population. Our results suggest that clonal interference between different genotypes is common and longer under strong dilution where trimethoprim stress is applied in shorter and steeper pulses. Second, we cloned and purified dihydrofolate reductase (DHFR) enzymes with single mutations and carried out biochemical assays to quantify mutant enzymes' enzymatic activities. Our preliminary results showed that DHFR mutants have slightly worse substrate affinity (higher km values) but up to ~20 fold elevated catalysis rate (kcat/km) compared to their wild type ancestor. We conclude that trimethoprim-resistance-conferring DHFR mutations decrease affinity to both enzyme's substrate and competing drug molecules, yet enzymatic activity, which is essential for folic acid synthesis, is still adequately efficient to maintain bacterial fitness.
Benzer Tezler
- Genetik risk faktörlerinin koroner arter hastalığı şiddeti üzerine olan etkisi
The effect of genetic risk factors on the coronary artery disease severity
FATMA DEMET İNCE
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2006
BiyokimyaSağlık BakanlığıBiyokimya ve Klinik Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HİCRİ KÖSEOĞLU
- Optimization of a liver organ on chip system for the investigation of breast cancer cell invasion
Meme kanseri hücrelerinin invazyon araştırmaları için bir karaciğer organ çipinin optimizasyonu
PERGE BİLGESU TOSUNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Biyolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZDEN YALÇIN ÖZUYSAL
- İmatinib mesilat dirençli ve duyarlı K562 kronik myeloid lösemi (KML) hücre soylarında, de novo DNA metiltransferazlarin ifade düzeylerinin karşılaştırılması
Comparison of expression levels of de novo DNA methyltransferases in imatinib mesylate resistant and sensitive K562 chronic myeloid leukemia (CML) cell line
İLAYDA TALU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Tıbbi Biyolojiİstinye ÜniversitesiSağlık Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜREYYA BOZKURT
- Effect of active site mutations in nad+ dependent chaetomium thermophilum format dehydrogenase on conversion of carbon dioxide to formate
Nad+ bağımlı chaetomium thermophilum format dehidrogenazın aktif bölgesindeki mutasyonların karbondioksiti formata dönüştürmesindeki etkisi
BERİN YELMAZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
BiyokimyaGebze Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. BARIŞ BİNAY
- Genomic analysis of freeze-thaw stress-resistant Saccharomyces cerevisiae
Donma-erime stresine dirençli Saccharomyces cerevisiae'nin genomik analizi
ÇAĞLA GÜNEY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR