Detekce mcr genů a vybraných beta-laktamáz s rozšířeným spektrem účinku u enterobakterií

Bc. Anna MAHDALOVÁ

Master's thesis

Detection of mcr genes and selected extended-spectrum beta-lactamases in enterobacteria

Abstract:

Tato diplomová práce se soustředí na identifikaci mcr genů a beta-laktamáz u enterobakterií z klinických vzorků. Teoretická část se zaměřuje na antibiotickou rezistenci, mechanismy účinku polymyxinů a mechanismy polymyxinové rezistence, včetně plazmidem zprostředkované rezistence. Dále se práce zabývá globálním rozšířením všech deseti variant mcr genů, náklady na fitness spojené s přítomností mcr genů v bakteriích a možným šířením těchto genů. V experimentální části byla detekce mcr genů provedena pomocí PCR amplifikace se sedmi specifickými páry primerů. Navíc byly navrženy další čtyři páry primerů pro detekci všech doposud popsaných variant mcr genů pomocí programu Geneious Prime, tyto primery byly testovány in silico. Při analýze klinických vzorků byly identifikovány geny mcr-1, mcr-9 a mcr-10 pomocí PCR amplifikace, následované potvrzením pomocí celogenomových dat. Na základě celogenomových dat bylo také zjištěno, že všechny zkoumané vzorky nesly minimálně jednu beta-laktamázu, přičemž nejčastěji byly detekovány beta-laktamázy typu ACT, MIR, CTX-M, SHV, TEM a OXA. Konkrétní izoláty vykazovaly specifické kombinace beta-laktamáz, některé vzorky nesly až pět různých typů. V této práci byl také sestaven fylogenetický strom, který ukazuje podobnosti mezi MCR enzymy, byla provedena in silico analýza konzervovaných aminokyselin a analýza bodových mutací k identifikaci evolučně aktivních míst.

Abstract:

This diploma thesis focuses on identifying mcr genes and beta-lactamases in Enterobacteriaceae from clinical samples. The theoretical part focuses on antibiotic resistance, mechanisms of action of polymyxins, and mechanisms of polymyxin resistance, including plasmid-mediated resistance. The thesis also discusses the global distribution of all ten mcr gene variants, the fitness costs associated with mcr genes in bacteria, and the potential spread of these genes. In the experimental part, the detection of mcr genes was performed by PCR amplification with seven specific primer pairs. In addition, four more primer pairs were designed to detect all mcr gene variants described so far using Geneious Prime software, and these primers were tested in silico. In the analysis of clinical samples, the mcr-1, mcr-9 and mcr-10 genes were identified by PCR amplification, followed by confirmation using whole-genome sequencing data. The whole-genome data also found that all samples examined carried at least one beta-lactamase, with ACT, MIR, CTX-M, SHV, TEM and OXA beta-lactamases being the most frequently detected. Specific isolates showed specific combinations of beta-lactamases, with some samples carrying up to five different types. In this work, a phylogenetic tree was constructed to show the similarity between MCR enzymes, in silico analysis of conserved amino acids was performed, and point mutation analysis was performed to identify evolutionarily active sites.

Keywords

mcr, mobilní kolistinová rezistence, bakterie, PCR, primer

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2024

Thesis defence

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Molecular and Cell Biology / Molecular and Cell Biology