Analysing the fitness cost of antibiotic resistance to identify targets for combination antimicrobials

rpoB公司 生物 抗生素耐药性 突变体 遗传学 RNA聚合酶 基因组 抗生素 基因 抄写(语言学) 计算生物学 大肠杆菌 语言学 16S核糖体RNA 哲学
作者
Aviram Rasouly,Yosef Shamovsky,Vitaly Epshtein,Kayan Tam,Nikita Vasilyev,Zhitai Hao,Giulio Quarta,Bibhusita Pani,Lingting Li,Carmen Vallin,Ilya Shamovsky,Shankarling Krishnamurthy,Aaron Shtilerman,Samantha J. Vantine,Victor J. Torres,Evgeny Nudler
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:6 (11): 1410-1423 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s41564-021-00973-1
摘要

Mutations in the rifampicin (Rif)-binding site of RNA polymerase (RNAP) confer antibiotic resistance and often have global effects on transcription that compromise fitness and stress tolerance of resistant mutants. We suggested that the non-essential genome, through its impact on the bacterial transcription cycle, may represent an untapped source of targets for combination antimicrobial therapies. Using transposon sequencing, we carried out a genome-wide analysis of fitness cost in a clinically common rpoB H526Y mutant. We find that genes whose products enable increased transcription elongation rates compound the fitness costs of resistance whereas genes whose products function in cell wall synthesis and division mitigate it. We validate our findings by showing that the cell wall synthesis and division defects of rpoB H526Y result from an increased transcription elongation rate that is further exacerbated by the activity of the uracil salvage pathway and unresponsiveness of the mutant RNAP to the alarmone ppGpp. We applied our findings to identify drugs that inhibit more readily rpoB H526Y and other RifR alleles from the same phenotypic class. Thus, genome-wide analysis of fitness cost of antibiotic-resistant mutants should expedite the discovery of new combination therapies and delineate cellular pathways that underlie the molecular mechanisms of cost. A genome-wide Tn-seq analysis of the rpoB H526Y mutant, a rifampicin-resistant Escherichia coli strain, identifies non-essential genes that modulate the fitness cost of mutations in the bacterial RNA polymerase that confer antibiotic resistance.
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