Identifikace a charakterizace beta-laktamáz s rozšířeným spektrem účinku (ESBL) u bakterií

Bc. Hana CHUDOBOVÁ

Master's thesis

Identification and characterization of extended spectrum beta-lactamases (ESBL) in bacteria

Abstract:

Narůstající bakteriální rezistence na dostupná beta-laktamová antibiotika je velmi vážným problémem v oblasti veřejného zdraví, zejména z důvodu produkce širokého spektra beta-laktamáz. Diplomová práce je zaměřena na beta-laktamázy s rozšířeným spektrem účinku (ESBL). Cílem práce bylo navrhnout PCR test na rychlou detekci genů kódujících ESBL, analyzovat ESBL-produkující bakterie se zaměřením na genetickou charakterizaci přítomných enzymů a in silico analýza vybraných ESBL enzymů. Celkově bylo vyšetřeno 99 kmenů enterobakterií a Gram-negativních nefermentujících bakterií rezistentních k ceftazidimu a cefotaximu. Ke screeningu ESBL genů byla využita PCR amplifikace použitím specifických párů primerů. Sekvenční analýza a designování primerů bylo provedeno použitím bioinformatického softwaru Geneious Prime. Celkem bylo navrženo 56 párů primerů pro detekci 37 typů různých ESBL genů, z čehož 16 specifických párů bylo experimentálně otestovaných v in vitro podmínkách. Po vzájemném porovnání aminokyselinových sekvencí ESBL (CTX-M, SHV a TEM) byly na základě přítomnosti zachovaných aminokyselin a homologních motivů vytvořeny fylogenetické stromy. Tato studie poukazuje na přítomnost různých ESBL genů u vybraných bakterií animálního původu a navrhovaný soubor primerů by měl být schopen specificky detekovat více než 99,8 % všech popsaných ESBL enzymů.

Abstract:

The growing bacterial resistance to available beta-lactam antibiotics is a very serious public health problem, especially due to the production of a wide range of beta-lactamases. This thesis is focused on extended-spectrum beta-lactamases (ESBL). The aim of this work was to design a PCR test for rapid detection of genes encoding ESBL, to analyze ESBL-producing bacteria with a focus on genetic characterization of the enzymes present and in silico analysis of selected ESBL enzymes. A total of 99 strains of enterobacteria and Gram-negative non-fermenting bacteria resistant to ceftazidime and cefotaxime were examined. PCR amplification using specific primer pairs was used to screen for ESBL genes. Sequence analysis and primer design were performed using Geneious Prime bioinformatics software. A total of 56 primer pairs were designed to detect 37 types of different ESBL genes, of which 16 specific pairs were experimentally tested in vitro. After comparing the amino acid sequences of ESBL (CTX-M, SHV and TEM), phylogenetic trees were created based on the presence of conserved amino acids and homologous motifs. This study indicates the presence of different ESBL genes in selected bacteria of animal origin and the proposed primer set should be able to specifically detect more than 99.8% of all described ESBL enzymes.

Keywords

beta-laktamáza, ESBL, antibiotická rezistence, bakterie, PCR, primer

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Patrik Mlynárčik, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Experimental Biology