A Carotenoid- and Nuclease-Producing Bacterium Can Mitigate Enterococcus faecalis Transformation by Antibiotic Resistance Genes

转化(遗传学) 粪肠球菌 生物 微生物学 抗生素 肠球菌 抗生素耐药性 核酸酶 细菌 微生物遗传学 基因 遗传学 大肠杆菌
作者
Chongyang Ren,Qiujin Xu,Jacques Mathieu,Pedro J. J. Alvarez,Lizhong Zhu,He‐Ping Zhao
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (21): 15167-15178 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c03919
摘要

Dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs) through natural transformation is facilitated by factors that stabilize extracellular DNA (eDNA) and that induce reactive oxygen species (ROS) that permeabilize receptor cells and upregulate transformation competence genes. In this study, we demonstrate that Deinococcus radiodurans can mitigate this ARG dissemination pathway by removing both eDNA and ROS that make recipient cells more vulnerable to transformation. We used plasmid RP4 as source of extracellular ARGs (tetA, aphA, and blaTEM-2) and the opportunistic pathogen Enterococcus faecalis as receptor. The presence of D. radiodurans significantly reduced the transformation frequency from 2.5 ± 0.7 × 10–6 to 7.4 ± 1.4 × 10–7 (p < 0.05). Based on quantification of intracellular ROS accumulation and superoxide dismutase (SOD) activity, and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and transcriptomic analyses, we propose two mechanisms by which D. radiodurans mitigates E. faecalis transformation by ARGs: (a) residual antibiotics induce D. radiodurans to synthesize liposoluble carotenoids that scavenge ROS and thus mitigate the susceptibility of E. faecalis for eDNA uptake, and (b) eDNA induces D. radiodurans to synthesize extracellular nucleases that degrade eARGs. This mechanistic insight informs biological strategies (including bioaugmentation) to curtail the spread of ARGs through transformation.
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