بررسی ژن‌های مسئول مقاومت آنتی‌بیوتیکی در مخمر Zygosaccharomyces rouxii

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشکده علوم، گروه زیست‌شناسی، دانشگاه موصل، موصل، عراق.

چکیده

هدف: هدف از این مطالعه شناسایی محل ژنتیکی ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌ها و فلزات سنگین در مخمرهایZygosaccharomyces rouxii و Candida tropicalis بود. این مخمرها از برگ‌های درخت نارنگی جمع‌آوری‌شده از شهر موصل جداسازی شدند. تمرکز اصلی پژوهش بر تعیین این موضوع بود که آیا ژن‌های مقاومت بر روی DNA پلاسمیدی قرار دارند یا بر روی DNA کروموزومی.
مواد و روش‌ها: ایزوله‌های مخمری Z. rouxii و C. tropicalis از نظر وجود DNA پلاسمیدی مورد بررسی قرار گرفتند. برای تعیین محل ژن‌های مقاومت، از دو روش استفاده شد. روش نخست شامل حذف پلاسمید (plasmid curing) با استفاده از اتیدیوم بروماید با غلظت ۱۵۰ میکروگرم بر میلی‌لیتر بود. این تیمار برای هر دو گونه مخمری به‌منظور حذف DNA پلاسمیدی اعمال شد. پس از حذف پلاسمید، حساسیت کلنی‌های مخمری نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها و فلزات سنگین مختلف بررسی گردید. الکتروفورز ژل برای تأیید حذف یا باقی‌ماندن DNA پلاسمیدی به کار رفت. روش دوم شامل آزمایش‌های کونژوگاسیون برای بررسی انتقال DNA پلاسمیدی بین ایزوله‌های مخمری بود. در این روش، Z. rouxii به‌عنوان سویه دهنده و C. tropicalis حذف‌پلاسمیدشده به‌عنوان سویه گیرنده مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج: حذف پلاسمید در هر دو گونه مخمری با موفقیت انجام شد، به‌طوری که بسیاری از کلنی‌های حذف‌پلاسمیدشده نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها و فلزات سنگین مورد آزمایش حساس شدند. در Z. rouxii، درصد حذف پلاسمید بین 12% تا 94% متغیر بود، به‌جز در مورد سفالکسین مونوهیدرات و سولفات روی (ZnSO₄) که مقاومت از بین نرفت. در C. tropicalis، میزان از دست رفتن مقاومت برای آنتی‌بیوتیک‌ها بین 17% تا 80% و برای فلزات سنگین بین 15% تا 85% بود، به‌جز در مورد کتوکونازول و ZnSO₄ . این نتایج نشان می‌دهد که مقاومت به این عوامل احتمالاً توسط DNA کروموزومی کدگذاری می‌شود. نتایج ژل الکتروفورز نیز این یافته‌ها را تأیید کرد. آزمایش‌های کونژوگاسیون انتقال موفق پلاسمید از Z. rouxii به C. tropicalis حذف‌پلاسمیدشده را نشان داد، به‌طوری که فراوانی کونژوگاسیون برابر با ‎0.84 × 10⁻⁸‎ بود.
نتیجه‌گیری: این مطالعه نشان داد که ژن‌های مقاومت در Z. rouxii و C. tropicalis می‌توانند بر روی DNA پلاسمیدی یا کروموزومی قرار داشته باشند. مشخص شد که پلاسمید منتقل‌شده از Z. rouxii حامل ژن‌های مقاومت به نیستاتین است. این یافته می‌تواند نقش مهم DNA پلاسمیدی را در بروز مقاومت آنتی‌بیوتیکی تأیید کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of genes responsible for antibiotics resistance in yeast Zygosaccharomyces rouxii

نویسنده [English]

  • Badia Abdul Razzaq Malla Obaida
College of Science, Department of Biology, University of Mosul, Mosul, Iraq.
چکیده [English]

Objective
The aim of the present study was to identify the genetic location of antibiotic and heavy metal resistance in the yeasts Zygosaccharomyces rouxii and Candida tropicalis. These yeasts were isolated from mandarin tree leaves collected in Mosul. The study focused on determining whether resistance genes were located on plasmid DNA or chromosomal DNA.
Materials and methods
Yeast isolates of Z. rouxii and C. tropicalis were examined for the presence of plasmid DNA. Two methods were used to locate resistance genes. The first method involved plasmid curing using ethidium bromide at a concentration of 150 µg mL⁻¹. This treatment was applied to both yeast species to remove plasmid DNA. After curing, the sensitivity of yeast colonies to different antibiotics and heavy metals was tested. Gel electrophoresis was used to confirm the loss or retention of plasmid DNA. The second method involved conjugation experiments to study the transfer of plasmid DNA between yeast isolates. In this method, Z. rouxii was used as the donor strain and cured C. tropicalis was used as the recipient strain.
Results
Plasmid curing was successful in both yeast species. Because many cured colonies became sensitive to the tested antibiotics and heavy metals. In Z. rouxii, the curing percentage ranged from 12% to 94%, except for cephalexin monohydrate and zinc sulfate (ZnSO₄), where resistance was not lost. In C. tropicalis, loss of resistance ranged from 17% to 80% for antibiotics and from 15% to 85% for heavy metals, except for ketoconazole and ZnSO₄. These results suggest that resistance to these agents is encoded on chromosomal DNA. Gel electrophoresis supported these findings. Conjugation experiments showed successful plasmid transfer from Z. rouxii to cured C. tropicalis, with a conjugation frequency of 0.84 × 10⁻⁸.
Conclusions
The study demonstrated that resistance genes in Z. rouxii and C. tropicalis can be located on either plasmid or chromosomal DNA. The transferred plasmid from Z. rouxii was found to carry resistance genes for nystatin. It can confirm the role of plasmid DNA in antibiotic resistance

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antibiotic
  • Candida tropicalis
  • conjugation
  • plasmids
  • resistance genes

مراجع

Bzducha-Wróbel, A., Błażejak, S., Kawarska, A., Stasiak-Różańska, L., Gientka, I., & Majewska, E. (2014). Evaluation of the efficiency of different disruption methods on yeast cell wall preparation for β-glucan isolation. Molecules, 19(12), 20941–20961. https://doi.org/10.3390/molecules191220941
Castañeda-Barba, S., Top, E. M., & Stalder, T. (2024). Plasmids, a molecular cornerstone of antimicrobial resistance in the One Health era. Nature Reviews Microbiology, 22(1), 18–32. https://doi.org/10.1038/s41579-023-00926-x
Chan, K. M., Liu, Y. T., Ma, C. H., Jayaram, M., & Sau, S. (2013). The 2 micron plasmid of Saccharomyces cerevisiae: A miniaturized selfish genome with optimized functional competence. Plasmid, 70(1), 2–17. https://doi.org/10.1016/j.plasmid.2013.03.001
Chin, S. C., Abdullah, N., Siang, T. W., & Wan, H. Y. (2005). Plasmid profiling and curing of Lactobacillus strains isolated from the gastrointestinal tract of chicken. The Journal of Microbiology, 43(3), 251–256. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15995642/
Crameri, R., Davies, J. E., & Hütter, R. (1986). Plasmid curing and generation of mutations induced with ethidium bromide in streptomycetes. Journal of General Microbiology, 132(3), 819–824. https://doi.org/10.1099/00221287-132-3-819
Dale, J. W., & Park, S. F. (2004). Molecular genetics of bacteria (4th ed.). John Wiley & Sons.
Edet, U. O., Bassey, I. U., & Joseph, A. P. (2023). Heavy metal co-resistance with antibiotics amongst bacteria isolates from an open dumpsite soil. Heliyon, 9(2), Article e13457. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13457
Ernst, J. F., & Chan, R. K. (1985). Characterization of Saccharomyces cerevisiae mutants supersensitive to aminoglycoside antibiotics. Journal of Bacteriology, 163(1), 8–14. https://doi.org/10.1128/jb.163.1.8-14.1985
Fakruddin, M., Hossain, M. N., & Ahmed, M. M. (2017). Antimicrobial and antioxidant activities of Saccharomyces cerevisiae IFST062013, a potential probiotic. BMC Complementary Medicine and Therapies, 17(1), Article 64. https://doi.org/10.1186/s12906-017-1591-9
Franklin, T. J., & Snow, G. A. (2005). Biochemistry and molecular biology of antimicrobial drug action. Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-010-9127-5
Frost, A. T., Jacobsen, I. H., Worberg, A., & Martínez, J. L. (2018). How synthetic biology and metabolic engineering can boost the generation of artificial blood using microbial production hosts. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 6, Article 186. https://doi.org/10.3389/fbioe.2018.00186
Hanson, P. K., Malone, L., Birchmore, J. L., & Nichols, J. W. (2003). Lem3p is essential for the uptake and potency of alkylphosphocholine drugs, edelfosine and miltefosine. Journal of Biological Chemistry, 278(38), 36041–36050. https://doi.org/10.1074/jbc.M305263200
Hayes, S. I., & Malla Obaida, B. A. (2023). Testing the ability of plasmid DNA content in Rhodotorula mucilaginosa S6 to degrade hydrocarbon compounds and transfer through conjugation. International Journal of Biology Research, 8(1), 36–41. https://www.biologyjournal.in/archives/2023/vol8/issue1
Heinemann, J. A., & Sprague, G. F., Jr. (1989). Bacterial conjugative plasmids mobilize DNA transfer between bacteria and yeast. Nature, 340(6230), 205–209. https://doi.org/10.1038/340205a0
Heinemann, J. A., & Sprague, G. F., Jr. (1991). Transmission of plasmid DNA to yeast by conjugation with bacteria. In J. N. Abelson & M. I. Simon (Eds.), Methods in enzymology (Vol. 194, pp. 187–195). Academic Press. https://doi.org/10.1016/0076-6879(91)94016-6
Hohnholz, R., Pohlmann, K. J., & Achstetter, T. (2017). Impact of plasmid architecture on stability and yEGFP3 reporter gene expression in a set of isomeric multicopy vectors in yeast. Applied Microbiology and Biotechnology, 101(23–24), 8455–8463. https://doi.org/10.1007/s00253-017-8558-0
Kelly, A. C., Shewmaker, F. P., Kryndushkin, D., & Wickner, R. B. (2012). Sex, prions, and plasmids in yeast. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(40), E2683–E2690. https://doi.org/10.1073/pnas.1213449109
Mickelsen, P. A., Plorde, J. J., Gordon, K. P., Hargiss, C., McClure, J., Schoenknecht, F. D., Condie, F., Tenover, F. C., & Tompkins, L. S. (1985). Instability of antibiotic resistance in a strain of Staphylococcus epidermidis isolated from an outbreak of prosthetic valve endocarditis. Journal of Infectious Diseases, 152(1), 50–58. https://doi.org/10.1093/infdis/152.1.50
Miljković-Selimović, B., Lepsanović, Z., Babić, T., Kocić, B., & Randelović, G. (2008). [Plasmid profile analysis in identification of epidemic strains of Salmonella enterica serovar Enteritidis] [Title translated from Serbian]. Vojnosanitetski Pregled, 65(4), 303–307. https://doi.org/10.2298/vsp0804303m
Møller, H. D., Parsons, L., Jørgensen, T. S., Botstein, D., & Regenberg, B. (2015). Extrachromosomal circular DNA is common in yeast. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(24), E3114–E3122. https://doi.org/10.1073/pnas.1508825112
Obaida, A. R., & Ramadan, N. A. (2020). Diagnosis and study of yeast used in traditional medicine and the effect of serial mutation on their vitality. Plant Archives, 20(1), 2939–2944. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:228087525
Obaida, B. A. R. M. (2020a). Curing of plasmid DNA content of yeast Debaryomyces hansenii isolated locally from soil. Biochemical & Cellular Archives, 20(2), 5853–5858. https://connectjournals.com/pages/articledetails/toc032532
Obaida, B. A. R. M. (2020b). Testing the ability of plasmid DNA content in Debaryomyces hansenii for mobilization and transfer through conjugation. Plant Cell Biotechnology and Molecular Biology, 21(71–72), 50–59. https://ikprress.org/index.php/PCBMB/article/view/5755
Ramesh, S., Manivasagan, P., Ashokkumar, S., Rajaram, G., & Mayavu, P. (2010). Plasmid profiling and multiple antibiotic resistance of heterotrophic bacteria isolated from Muthupettai mangrove environment, southeast coast of India. Current Research in Bacteriology, 3(1), 227–237. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:55402006
Rees, C. E., & Wilkins, B. M. (1989). Transfer of tra proteins into the recipient cell during bacterial conjugation mediated by plasmid ColIb-P9. Journal of Bacteriology, 171(6), 3152–3157. https://doi.org/10.1128/jb.171.6.3152-3157.1989
Sher, A. A., VanAllen, M. E., Ahmed, H., Whitehead-Tillery, C., Rafique, S., Bell, J. A., Zhang, L., & Mansfield, L. S. (2023). Conjugative RP4 plasmid-mediated transfer of antibiotic resistance genes to commensal and multidrug-resistant enteric bacteria in vitro. Microorganisms, 11(1), Article 193. https://doi.org/10.3390/microorganisms11010193
Szczepanowski, R., Braun, S., Riedel, V., Schneiker, S., Krahn, I., Pühler, A., & Schlüter, A. (2005). The 120 592 bp IncF plasmid pRSB107 isolated from a sewage-treatment plant encodes nine different antibiotic-resistance determinants, two iron-acquisition systems and other putative virulence-associated functions. Microbiology, 151(Pt. 4), 1095–1111. https://doi.org/10.1099/mic.0.27773-0
Talaro, K. P., & Chess, B. (2014). Foundations in microbiology (9th ed.). McGraw-Hill Education.
Toh-e, A., & Wickner, R. B. (1981). Curing of the 2 mu DNA plasmid from Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 145(3), 1421–1424. https://doi.org/10.1128/jb.145.3.1421-1424.1981
Wilson, C. O., Delgado, J. N., & Remers, W. A. (Eds.). (1998). Textbook of organic, medicinal and pharmaceutical chemistry (11th ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
Yah, S. C., Eghafona, N. O., Oranusi, S., & Abouo, A. M. (2007). Widespread plasmid resistance genes among Proteus species in diabetic wounds of patients in the Ahmadu Bello University Teaching Hospital (ABUTH) Zaria. African Journal of Biotechnology, 6(15), 1757–1762. https://doi.org/10.5897/AJB2007.000-2258
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 2
خرداد 1405
صفحه 267-282

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار