Factors influencing the expression of plasmid-mediated quinolone determinants (PMQRs)  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
108481
Type K
Principal investigator Szabó, Dóra
Title in Hungarian A plazmid mediálta kinolon rezisztencia determinánsok kifejeződését befolyásoló tényezők vizsgálata
Title in English Factors influencing the expression of plasmid-mediated quinolone determinants (PMQRs)
Keywords in Hungarian kinolon, plazmid-mediálta rezisztencia, génexpresszió, kísérletes állatmodell
Keywords in English quinolone, plasmid.mediated resistance, gene expression, experimental animal model
Discipline
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Dept. of Medical Microbiology (Semmelweis University)
Participants Göcző, István
Ivády, Balázs
Kocsis, Béla
Kristóf, Katalin
Szmolka, Annamária
Starting date 2013-09-01
Closing date 2018-08-31
Funding (in million HUF) 26.328
FTE (full time equivalent) 9.47
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A fluorokinolonok széles körben használt antibiotikumok a Gram-negatív baktériumok okozta fertőzések ellen. A kromoszómális génekben kialakult mutációkat okozta rezisztencia régóta ismert, azonban a napjainkban megjelent plazmidon kódolt kinolon rezisztencia (plasmid-mediated quinolone resistance, PMQR) háttere még nem teljesen ismert. A PMQR hátterében a Qnr fehérjék termelése, az aminoglikozid acetiltranszferáz (6’)–Ib-cr variáns enzim termelése, illetve az efflux pumpák (OqxAB, QepA) jelenléte állhat. A PMQR alacsony szintű kinolon rezisztenciához vezet, melyet nehéz detektálni és terápiás sikertelenséghez vezethet.
Kutatásaink célja, hogy az alacsony szintű fluorokinolon rezisztencia mértéke és a PMQR-t meghatározó determinánsok expressziós szintje közötti kapcsolatot vizsgáljuk. Ezen belül a fluorokinolonok és más antibiotikumok (pl.: béta-laktámok és aminoglikozidok) indukciós hatását tanulmányoznánk a PMQR gének expressziójára, a promoter régióban kialakuló mutációkra valamint a különböző regulációs rendszerek (pl.: LexA) aktivációjára.
Továbbá in vivo kísérleteket tervezünk, melynek során egerekben létrehozott húgyúti modellben vizsgálnánk azon fluorokinolon és egyéb antibiotikumok hatását eltérő farmakokinetikai és farmakodinámiás paraméterek mellett, melyek az előzetes in vitro vizsgálatok során növelték a PMQR determinánsok expresszióját. A qnrS gén esetében a sertés eredetű kommenzalista E. coli törzsekben érvényesülő in vivo génexpressziót is vizsgáljuk.
Feltételezzük, hogy a fluorokinolonok, a béta-laktámok és az aminoglikozidok is befolyásolják a különböző PMQR determinánsok expresszióját.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás alapkérdése, hogy a különböző antibiotikumok – fluorokinolnok, béta-laktámok, aminoglikozid - jelenlétében hogyan változik meg a PMQR determinánsok expressziója.
Feltételezésünk szerint a PMQR determinánsok expresszióját a különböző antibiotikumok jelenléte különböző módon befolyásolja. A PMQR determinánsok expressziójának a változása a baktérium fluorokinolonokkal szembeni érzékenységének a csökkenéséhez vezethet, ami következményes terápiás sikertelenséget okoz. Feltételezésünk szerint a PMQR determinánsok expresszió változásának a hátterében promoter mutációk, regulátor fehérjék megváltozása, illetve a kromoszómális génekben létrejövő mutációs frekvenciának a megváltozása állhatnak.
Feltételezzük továbbá, hogy az antibiotikumok hatására in vitro megfigyelt expressziós változások in vivo is megfigyelhetők.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Napjainkban egyre nagyobb gondot jelentenek az antibiotikumokra rezisztenssé vált mikróbák által okozott fertőzések kezelése.
Ha sikerül modellezni a rezisztencia gének jelenléte mellett a gének expressziójában a változások okát in vitro és in vivo körülmények között akkor megtalálhatjuk a rezisztencia fokozódásának az elkerüléséhez vezető utat például az antibiotikum adagolás módjának megváltoztatásával.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A fluorokinolonok kiváló antibiotikumok számos fertőző betegség kezelésében (pl.: húgyúti és légúti fertőzésekben). Egyre gyakrabban kerülnek fluorokinolonnal szemben ellenálló kórokozók izolálásra Magyarországon és világszerte egyaránt.
Napjainkban fedeztek fel egy olyan mechanizmust (az ún. plazmid által közvetített kinolon rezisztenciát), mely a baktériumban látszólag csak kis mértékű érzékenység csökkenéshez vezet, azonban már terápiás sikertelenséget okozhat. Kísérleteinkben szeretnénk választ kapni arra, hogy egyes antibiotikumok, milyen módon képesek ennek a terápiás eredményt befolyásoló, veszélyes, alacsony szintű rezisztenciának a kialakulását létrehozni. Eredményeink a ma még sikeres fluorokinolonok elleni baktérium rezisztencia kialakulásának megelőzésében nyújthatnak jelentős segítséget.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Fluoroquinolones are widely used antibiotics in Gram-negative bacterial infections. Resistance against fluroquinolones was tradiotionally explained by chromosomal mutaions, but nowadays plasmid-mediated quinolone resistance (PMQR) determinants were discovered although their function is not fully known. The PMQR determinants include Qnr proteins, aminoglycoside acetyltransferase (6’)–Ib-cr variant enzyme and efflux pumps (OqxAB, QepA). Alone PMQRs conferr low-level fluoroquinolone resistance which is difficult to detect and can lead to therapy failure. The aim of our study is to investigate the relationship between low-level fluoroquinolone resistance and the expression of PMQR determinants. Furthermore to analyze the influence of other antibiotics (eg.: beta-lactams and aminoglycosides) on PMQR gene expression and on the regulatory system (eg.: LexA).
We will performe in vivo studies, in a urinary tract infection modell where we will analyse those fluoroquinolones and other antibiotics which influenced in vitro the PMQR gene expression. In the case of the qnrS gene from poricine commensal E. coli the in vivo gene expression will also be investigated.
We hypothise that fluoroquinolones, beta-lactams and aminoglycosides influence the PMQR gene expression.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The main question of the study, is how the different antibiotics – fluoroquinolones, beta-lactams, aminoglycosides influence the PMQR gene expression.
We hypothise that fluoroquinolones, beta-lactams and aminoglycosides influence in a different way the PMQR gene expression.
The change of PMQR gene expression decreases the susceptibility of bacterial cells to fluoroquinolones and leads to therapy failure. We hypothise that the change in the PMQR gene expression activates regulatory proteins (LexA) and leads to chromosomal mutations. We hypothise that the in vitro detected antibiotic influence on the PMQR gene expression is present in the in vivo infectious modells too.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Nowadays the treatment of infections caused resistant bacterial strains is worrisome. We can analyse the factors influencing the gene expression in vitro and in vivo modells, we can detect how to diminish development of resistance during therapy thus enabling us with a more effective antibiotic administraion.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Fluoroquinolones are excellent antibiotics against several infectious diseases (eg.: urinary tract and respiratory tract infections). Increasing number of fluoroquinolone resistant strains are identified in Hungary and worldwide. New way of fluoroquinolone resistance mechanisms were discovered transmitted by plasmids. These mechanisms alone lead only to low-level resistance but can lead to therpay failure. In our study, we would like to investigate how the different antibiotic exposure leads to this dangerous low-level fluoroquinolone resistance. Our results can shed light on how to prevent the resistance agains fluoroquinolone.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A plazmid mediálta kinolon rezisztencia determinánsok (PMQR): qnr, aac(6')-Ib-cr, oqxAB és qepA gének vizsgálata történt Gram-negatív baktériumokban. Hemokultúrából izolált kiterjedt-spektrumú béta-laktamázt termelő Enterobactericaeae törzsek 75%-a, a vizeletből izolált összes Enterobactericaeae törzseknek pedig 21% hordozott PMQR géneket. A vizeletből izolált kinolon rezisztens Pseudomonas ST773 által akvirált qnrVC kétszeres expressziója a gén potenciális antitoxin hatását indikálta. A szintén vizeletből elsőként izolált qnrD hordozó Morganella morganii törzseket MIC érték alatti ciprofloxacin expozíciónak kitéve a qnrD és a recA gének fokozott expressziója volt megfigyelhető, megerősítve a qnrD gén SOS rendszer által történő szabályozását. Klebsiella törzsekben vizsgálva a PMQR géneket, a levofloxacin és a moxifloxacin MIC értéke a K. pneumoniae ST11 törzsben a qnrB4 és az oqxAB expressziójával, a K. pneumoniae ST307 a qnrB1 és az oqxAB expressziójával korrelált. A qnrA1 hordozó K. oxytoca ST52 minden fluorokinolonnal szemben csökkent érzékenységet mutatott. In vivo egerek gastrointestinális kolonizálása történt aac(6')-Ib-cr hordozó multiresisztens K.pneumoniae törzzsel. A 14 napos per os ciprofloxacin kezelés csökkentette a kolonizáció mértékét, és az általa kiváltott mikrobiom változás csak kis mértékben különbözött a normál flórától.
Results in English
Plasmid-mediated quinolone resistance (PMQR) determinants: qnr genes, aac(6')-Ib-cr, oqxAB, and qepA were investigated in Gram-negative bacteria. 75% of extended-spectrum beta-lacatamase producing Enterobacteriaceae from bloodcultures and 21% of all Enterobactariaceae from urine samples harboured PMQR genes. From urine high-level quinolone resistant Pseudomonas aeruginosa ST773 with acquired qnrVC determinant was isolated and presented a 2-fold increased expression of qnrVC indicating its potential antitoxin role. Also from urine was isolated the first qnrD harbouring Morganella morganii. In M. morganii during sub-MIC ciprofloxacin exposure the elevated expression of qnrD abd recA was observed indicating the SOS dependent regulation of qnrD. Expression of PMQR genes in K. pneumoniae and K. oxytoca strains were also investigated. Levofloxacin and moxifloxacin MIC values correlated in K. pneumoniae ST11 with qnrB4 and oqxAB expression and in K. pneumoniae ST307 with qnrB1 and oqxAB. The qnrA1 carrying K. oxytoca ST52 exhibited reduced susceptibility to all fluoroquinolones. In vivo mice were gastrointestinally colonized by aac(6')-Ib-cr harbouring multi-drug resistant K.pneumoniae. Our new findings is that ciprofloxacin treatment for 14 days can decrease the rate of the gastrointestinal colonization and the ciproflocaxin treatment induced microbiome change showed the less differences from normal flora.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108481
Decision
Yes





 

List of publications

  
Domokos J, Damjanova E, Kristóf K, Kocsis B, Szabo D: Multiple benefits of plasmid-mediated quinolone resistance determinants in Klebsiella pneumoniae ST11 high-risk clone and recently emerging ST307 clone., Front Microbiol. 2019 Feb 12;10:157. doi: 10.3389/fmicb.2019.00157. eCollection 2019., 2019
Kocsis B, Toth A, Gulyas D, Ligeti B, Katalin K, Rokusz L, Szabo D.: Acquired qnrVC1 and blaNDM-1 in international high-risk Pseudomonas aeruginosa ST773 clone, J. Med. Microbiol: 2019 Mar;68(3):336-338., 2019
Szabó O, Gulyás D, Szabó N, Kristóf K, Kocsis B, Szabó D.: Plasmid-mediated quinolone resistance determinants in Enterobacteriaceae from urine clinical samples., Acta Microbiol Immunol Hung. 2018 Aug 1;65(3):255-265. doi: 10.1556/030.65.2018.012. Epub 2018 Feb 23., 2018
Szabo O, Kocsis B, Szabo N, Kristof K, Szabo D.: Contribution of OqxAB Efflux Pump in Selection of Fluoroquinolone-Resistant Klebsiella pneumoniae., Can J Infect Dis Med Microbiol. 2018 Sep 23;2018:4271638. doi: 10.1155/2018/4271638. eCollection 2018., 2018
Gulyás D, Kocsis B, Szabó D.: Plasmid copy number and qnr gene expression in selection of fluoroquinolone-resistant Escherichia coli., Acta Microbiol Immunol Hung. 22:1-10. doi: 10.1556/030.65.2018.049. [Epub ahead of print], 2018
Kocsis B, Szmolka A, Szabo O, Gulyas D, Kristóf K, Göcző I, Szabo D.: Ciprofloxacin Promoted qnrD Expression and Phylogenetic Analysis of qnrD Harboring Plasmids, Microb Drug Resist. 2018 Nov 21. doi: 10.1089/mdr.2018.0245. [Epub ahead of print], 2018
Kocsis B, Szabo D.: New treatment options for lower respiratory tract infections., Expert Opin Pharmacother. 2017 Sep;18(13):1345-1355. doi: 10.1080/14656566.2017.1363179. Epub 2017 Aug 8., 2017
Sebe I, Kállai-Szabó B, Zelkó R, Szabó D: Polymers and Formulation Strategies of Nanofibrous Systems for Drug Delivery Application and Tissue Engineering, CURR MED CHEM 22: (5) 604-617, 2015
Sebe I, Ostorhazi E, Fekete A, Kovacs NK, Zelko R, Kovalszky I, Li W, Wade JD, Szabo D, Otvos L Jr: Polyvinyl alcohol nanofiber formulation of the designer antimicrobial peptide APO sterilizes Acinetobacter baumannii‑infected skin wounds in mice, Amino Acids 48(1):203-11., 2016
Domokos J, Szabo D, Kristof K: Detection of plasmid-mediated quinolone resistance determinants in extended-spectrum beta-lactamse producing Enterobactericeae strains, Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica 2016 Sep;63(3):313-323., 2016
Kocsis B, Kádár B, Tóth Á, Fullár A, Szabó D.: MgrB variants in colistin-susceptible and colistin-resistant Klebsiella pneumoniae ST258., J Microbiol Immunol Infect. 2016 Jul 29. pii: S1684-1182(16)30071-8., 2016
Kocsis B, Domokos J, Szabo D.: Chemical structure and pharmacokinetics of novel quinolone agents represented by avarofloxacin, delafloxacin, finafloxacin, zabofloxacin and nemonoxacin., Ann Clin Microbiol Antimicrob. 23;15(1):34., 2016
Domokos J, Szabo D, Kristof K: Detection of plasmid-mediated quinolone resistance determinants in extended-spectrum beta-lactamse producing Enterobactericeae strains, Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica 2016 Sep;63(3):313-323., 2016
Kadar B, Kocsis B, Toth A, Kristof K, Felso P, Kocsis B, Boddi K, Szabo D: Colistin resistance associated with outer membrane protein change in Klebsiella pneumoniae and Enterobacter asburiae, ACTA MICROBIOL IMMUNOL HUNG 64: (2) 217-227, 2017
Kocsis B, Kádár B, Tóth Á, Fullár A, Szabó D: MgrB variants in colistin-susceptible and colistin-resistant Klebsiella pneumoniae ST258, J MICROBIOL IMMUNOL 50: (5) 735-736, 2017
Kocsis B, Szabo D: New treatment options for lower respiratory tract infections., EXPERT OPIN PHARMACO 18: (13) 1345-1355, 2017
Ivady B, Kenesei E, Toth-Heyn P, Kertesz G, Tarkanyi K, Kassa C, Ujhelyi E, Mikos B, Sapi E, Varga-Heier K, Guoth G, Szabo D: Factors influencing antimicrobial resistance and outcome of Gram-negative bloodstream infections in children, INFECTION 44: (3) 309-321, 2016
Kocsis B, Szabo D: Zabofloxacin for chronic bronchitis., DRUGS TODAY 52: (9) 495-500, 2016
Ivady B, Szabo D, Damjanova I, Pataki M, Szabo M, Kenesei E: Recurrent outbreaks of Serratia marcescens among neonates and infants at a pediatric department: an outbreak analysis., INFECTION 42: (5) 891-898, 2014
Juhasz J, Kertesz-Farkas A, Szabo D, Pongor S: Emergence of Collective Territorial Defense in Bacterial Communities: Horizontal Gene Transfer Can Stabilize Microbiomes., PLoS One. 2014 Apr 22;9(4):e95511, 2014
Ivady B; Szabo D; Damjanova I; Pataki M; Szabo M; Kenesei E: Recurrent outbreaks of Serratia marcescens among neonates and infants at a pediatric department: an outbreak analysis., Infection PMID: 25015432, 2014
Sebe I, Kállai-Szabó B, Zelkó R, Szabó D: Polymers and Formulation Strategies of Nanofibrous Systems for Drug Delivery Application and Tissue Engineering, CURR MED CHEM 22: (5) 604-617, 2015
Sebe I, Ostorhazi E, Fekete A, Kovacs NK, Zelko R, Kovalszky I, Li W, Wade JD, Szabo D, Otvos L Jr: Polyvinyl alcohol nanofiber formulation of the designer antimicrobial peptide APO sterilizes Acinetobacter baumannii‑infected skin wounds in mice, AMINO ACIDS In press: In press, 2015
Domokos J, Szabo D, Kocsis B, Kristof K: Detection of plasmid-mediated quinolone resistance determinants in extended-spectrum beta-lactamse producing Enterobactericeae strains, Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica, 2015




 

Events of the project

  
2016-12-06 14:12:36
Résztvevők változása
2014-02-25 22:46:04
Résztvevők változása



Back »