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Compensatory mutations modulate the competitiveness and dynamics of plasmid-mediated colistin resistance in Escherichia coli clones.
The ISME Journal ( IF 10.8 ) Pub Date : 2020-01-02 , DOI: 10.1038/s41396-019-0578-6 Qiu E Yang 1 , Craig MacLean 2 , Andrei Papkou 2 , Manon Pritchard 3 , Lydia Powell 3 , David Thomas 3 , Diego O Andrey 1, 4 , Mei Li 1 , Brad Spiller 1 , Wang Yang 5 , Timothy R Walsh 1
The ISME Journal ( IF 10.8 ) Pub Date : 2020-01-02 , DOI: 10.1038/s41396-019-0578-6 Qiu E Yang 1 , Craig MacLean 2 , Andrei Papkou 2 , Manon Pritchard 3 , Lydia Powell 3 , David Thomas 3 , Diego O Andrey 1, 4 , Mei Li 1 , Brad Spiller 1 , Wang Yang 5 , Timothy R Walsh 1
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The emergence of mobile colistin resistance (mcr) threatens to undermine the clinical efficacy of the last antibiotic that can be used to treat serious infections caused by Gram-negative pathogens. Here we measure the fitness cost of a newly discovered MCR-3 using in vitro growth and competition assays. mcr-3 expression confers a lower fitness cost than mcr-1, as determined by competitive ability and cell viability. Consistent with these findings, plasmids carrying mcr-3 have higher stability than mcr-1 plasmids across a range of Escherichia coli strains. Crucially, mcr-3 plasmids can stably persist, even in the absence of colistin. Recent compensatory evolution has helped to offset the cost of mcr-3 expression, as demonstrated by the high fitness of mcr-3.5 as opposed to mcr-3.1. Reconstructing all of the possible evolutionary trajectories from mcr-3.1 to mcr-3.5 reveals a complex fitness landscape shaped by negative epistasis between compensatory and neutral mutations. Our findings highlight the importance of fitness costs and compensatory evolution in driving the dynamics and stability of mobile colistin resistance in bacterial populations, and they highlight the need to understand how processes (other than colistin use) impact mcr dynamics.
中文翻译：
补偿性突变调节大肠杆菌克隆中质粒介导的粘菌素抗性的竞争力和动力学。
移动粘菌素耐药性 (mcr) 的出现可能会破坏最后一种可用于治疗由革兰氏阴性病原体引起的严重感染的抗生素的临床疗效。在这里，我们使用体外生长和竞争测定来测量新发现的 MCR-3 的适应度成本。mcr-3 表达比 mcr-1 具有更低的适应度成本，这取决于竞争能力和细胞活力。与这些发现一致，携带 mcr-3 的质粒在一系列大肠杆菌菌株中比 mcr-1 质粒具有更高的稳定性。至关重要的是，即使在没有粘菌素的情况下，mcr-3 质粒也可以稳定存在。最近的补偿性进化有助于抵消 mcr-3 表达的成本，正如 mcr-3.5 相对于 mcr-3.1 的高适应性所证明的那样。重建从 mcr-3.1 到 mcr-3.5 的所有可能进化轨迹，揭示了由补偿性突变和中性突变之间的负上位性形成的复杂适应度景观。我们的研究结果强调了适应性成本和补偿性进化在推动细菌种群中移动粘菌素耐药性的动态和稳定性方面的重要性，并强调了了解过程（除了使用粘菌素）如何影响 mcr 动力学的必要性。
更新日期：2020-01-17
中文翻译：
补偿性突变调节大肠杆菌克隆中质粒介导的粘菌素抗性的竞争力和动力学。
移动粘菌素耐药性 (mcr) 的出现可能会破坏最后一种可用于治疗由革兰氏阴性病原体引起的严重感染的抗生素的临床疗效。在这里，我们使用体外生长和竞争测定来测量新发现的 MCR-3 的适应度成本。mcr-3 表达比 mcr-1 具有更低的适应度成本，这取决于竞争能力和细胞活力。与这些发现一致，携带 mcr-3 的质粒在一系列大肠杆菌菌株中比 mcr-1 质粒具有更高的稳定性。至关重要的是，即使在没有粘菌素的情况下，mcr-3 质粒也可以稳定存在。最近的补偿性进化有助于抵消 mcr-3 表达的成本，正如 mcr-3.5 相对于 mcr-3.1 的高适应性所证明的那样。重建从 mcr-3.1 到 mcr-3.5 的所有可能进化轨迹，揭示了由补偿性突变和中性突变之间的负上位性形成的复杂适应度景观。我们的研究结果强调了适应性成本和补偿性进化在推动细菌种群中移动粘菌素耐药性的动态和稳定性方面的重要性，并强调了了解过程（除了使用粘菌素）如何影响 mcr 动力学的必要性。
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