Low antibiotic concentrations and resistance in microbial communities

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4371-6
Julkaisun nimi: Low antibiotic concentrations and resistance in microbial communities
Tekijä: Cairns, Johannes
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
Mikrobiologian ja biotekniikan tohtoriohjelma
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Kuuluu julkaisusarjaan: DISSERTATIONES SCHOLA DOCTORALIS SCIENTIAE CIRCUMIECTALIS, ALIMENTARIAE, BIOLOGICAE. UNIVERSITATIS HELSINKIENSIS - URN:ISSN:2342-5431
Tiivistelmä: Antibiotics often occur in different environments at concentrations insufficient to inhibit the growth of susceptible bacteria. Subinhibitory concentrations can, nevertheless, select for chromosomal antibiotic resistance mutations and mobile genetic elements carrying antibiotic resistance genes, such as conjugative plasmids. However, it has been unclear whether this occurs in typical natural habitats where bacteria live in multispecies communities and interact with viral and protozoan consumers. In such settings, similar selection can also occur on other bacterial traits, potentially interfering with antibiotic resistance evolution. In this thesis, the combined effect of low antibiotic concentrations and ecological interactions on antibiotic resistance evolution was investigated. The thesis consists of four studies. In the first and second study, antibiotic and bacteriophage resistance evolution was examined at the phenotypic or whole-genome level when a bacterial population was exposed to one versus both factors. In the third study, the effect of antibiotics and protozoan predation on the spread and maintenance of a conjugative antibiotic resistance plasmid in a bacterial population was determined. The fourth study examined the effect of a low antibiotic concentration, protozoan predation, and spatial layout of habitat on community composition and horizontal transfer of a conjugative plasmid in a multispecies bacterial community. Antibiotic resistance evolution was shown to be promoted by low antibiotic concentrations independent of the presence of ecological interactions. The presence of protozoan predation also promoted the spread and maintenance of a resistance plasmid even in the absence of antibiotics. This demonstrates that ecological factors other than antibiotics can also play a role in the horizontal transfer of antibiotic resistance genes. Moreover, a low antibiotic concentration altered bacterial community composition, diversity, and the strains that received a resistance plasmid, although predation and spatial layout of habitat were equally strong or stronger drivers. Since the community effects of low antibiotic concentrations can be weaker or similar in strength to the effects of other ecological drivers, knowledge of antibiotic alone may be insufficient for predicting changes in the structure or diversity of a community.Antibiootteja esiintyy eri ympäristöissä usein niin alhaisina pitoisuuksina, etteivät ne estä edes niille herkkien bakteerien kasvua. Tällaisetkin pitoisuudet voivat kuitenkin tuottaa valintapainetta, jolloin antibiooteille vastustuskykyä aiheuttavat kromosomaaliset mutaatiot tai liikkuvat geneettiset elementit, kuten konjugatiiviset plasmidit, lisääntyvät bakteeripopulaatiossa. Vielä ei tiedetä, päteekö tämä bakteerien tyypillisissä elinympäristöissä, joissa bakteerit ovat osa monilajisia yhteisöjä ja vuorovaikutuksessa virusten sekä alkueläinsaalistajien kanssa. Tällaisissa olosuhteissa valintapaine voi kohdistua myös muihin bakteerin ominaisuuksiin, mikä voi häiritä antibioottiresistenssievoluutiota. Tässä työssä tutkittiin alhaisten antibioottipitoisuuksien ja ekologisten vuorovaikutusten yhteisvaikutusta antibioottiresistenssievoluutioon. Työ koostuu neljästä osatutkimuksesta. Ensimmäisessä ja toisessa osatutkimuksessa tarkasteltiin antibiootti- ja virusresistenssin evoluutiota bakteerin ilmiasussa tai perimässä altistamalla bakteeri joko antibiootille tai virukselle tai molemmille. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkasteltiin antibiootin ja alkueläinsaalistuksen vaikutusta konjugatiivisen antibioottiresistenssiplasmidin leviämiseen ja säilymiseen bakteeripopulaatiossa. Neljännessä osatutkimuksessa tarkasteltiin alhaisen antibioottipitoisuuden, alkueläinsaalistuksen ja avaruudellisen rakenteen vaikutusta yhteisörakenteeseen sekä konjugatiivisen plasmidin leviämiseen monilajisessa bakteeriyhteisössä. Tutkimuksessa havaittiin, että alhaiset antibioottipitoisuudet lisäsivät antibioottiresistenssiä bakteeripopulaatiossa myös ekologisten vuorovaikutusten alaisuudessa. Lisäksi alkueläinsaalistus edisti resistenssiplasmidin leviämistä ja säilymistä bakteeripopulaatiossa antibiootista riippumatta. Tämä osoittaa, että myös muut ekologiset tekijät kuin antibiootit voivat olla merkityksellisiä antibioottiresistenssigeenien liikkuvuuden kannalta. Monilajisessa bakteeriyhteisössä matala antibioottipitoisuus muutti yhteisön rakennetta, monimuotoisuutta ja plasmidin vastaanottavia kantoja. Myös alkueläinsaalistus ja avaruudellinen rakenne muuttivat näitä tekijöitä vähintään yhtä voimakkaasti. Koska matalan antibioottipitoisuuden vaikutus yhteisöön voi olla samaa suuruusluokkaa tai pienempi kuin keskeisten ekologisten tekijöiden, tieto pelkästään antibiootista ei välttämättä riitä ennustamaan muutosta yhteisön koostumuksessa tai monimuotoisuudessa.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4371-6
http://hdl.handle.net/10138/237141
Päiväys: 2018-08-10
Avainsanat:
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
LOWANTIB.pdf 2.627MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot