As amplificações do gene da bomba de efluxo ignoram a necessidade de múltiplas mutações alvo para resistência contra dupla

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 3402 (2023) Citar este artigo

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Os antibióticos que têm múltiplos alvos celulares teoricamente reduzem a frequência da evolução da resistência, mas as trajetórias adaptativas e os mecanismos de resistência contra esses antibióticos são pouco estudados. Aqui, investigamos isso em Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) usando evolução experimental após exposição a delafloxacina (DLX), uma nova fluoroquinolona que tem como alvo a DNA girase e a topoisomerase IV. Mostramos que a seleção para codificar mutações de sequência e amplificações genômicas do gene que codifica uma bomba de efluxo mal caracterizada, SdrM, leva a uma alta resistência a DLX, contornando a necessidade de mutações em ambas as enzimas-alvo. Nas populações evoluídas, a superexpressão de sdrM devido a amplificações genômicas contendo sdrM e dois genes adjacentes que codificam bombas de efluxo resulta em alta resistência a DLX, enquanto as bombas de efluxo de carona adjacentes contribuem para a resistência cruzada à estreptomicina. Além disso, a falta de sdrM requer mutações em ambas as enzimas alvo para evoluir a resistência a DLX, e sdrM aumenta assim a frequência da evolução da resistência. Finalmente, mutações e amplificações de sdrM são selecionadas de forma semelhante em dois isolados clínicos diversos, indicando a generalidade desse mecanismo de resistência a DLX. Nosso estudo destaca que, em vez de taxas reduzidas de resistência, a evolução da resistência a antibióticos de múltiplos alvos pode envolver caminhos evolutivos alternativos de alta frequência, que podem causar alterações inesperadas no cenário de aptidão, incluindo resistência cruzada a antibióticos.

O surgimento da resistência antimicrobiana (RAM) é uma grande ameaça para a saúde global. Um relatório recente indicou que pode ter havido mais de um milhão de mortes em todo o mundo devido à RAM em 20191. O Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) causa uma ampla gama de infecções associadas à saúde e à comunidade, com altas taxas de incidência e mortalidade, e pode atingir resistência contra a maioria dos antibióticos disponíveis2,3,4,5,6,7. Determinantes de resistência em bactérias são tipicamente adquiridos por meio de transferência horizontal de genes ou mutações de novo, e os mecanismos incluem degradação ou sequestro de antibióticos, modificação de componentes-alvo e superprodução de bombas de efluxo8,9,10,11. Além disso, duplicações e amplificações genômicas ubíquas e instáveis ​​podem levar ao aumento da expressão de enzimas modificadoras e bombas de efluxo que então conferem resistência a antibióticos e podem ser selecionadas após exposição a antibióticos12,13,14.

Uma estratégia proposta para reduzir o aumento da resistência aos antibióticos é desenvolver antibióticos com mais de um alvo, reduzindo assim a frequência da evolução da resistência15,16. Estudos recentes identificaram dois desses antibióticos de duplo alvo que visam a integridade da membrana, bem como uma via celular adicional e até agora evitaram o surgimento de resistência no laboratório17,18,19. As topoisomerases bacterianas, DNA girase e topoisomerase IV também foram propostas como alvos potenciais para antibióticos de duplo alvo, e foi demonstrado que o direcionamento de ambas as enzimas pode inibir a evolução da resistência e potencialmente envolver novos determinantes de resistência15,16,20,21 . No entanto, os mecanismos de evolução da resistência a esses antibióticos de múltiplos alvos e as trajetórias adaptativas subjacentes não foram caracterizados.

As fluoroquinolonas são uma classe amplamente utilizada de antibióticos, e as fluoroquinolonas mais tradicionais, como a ciprofloxacina e a levofloxacina, têm como alvo preferencial a DNA girase ou a topoisomerase IV22. A delafloxacina (DLX) é um antibiótico fluoroquinolona de 4ª geração, que tem como alvo as enzimas DNA girase e topoisomerase IV com potência semelhante23,24,25. Devido a esse direcionamento duplo, pensava-se que a resistência contra DLX poderia ser pouco frequente24,26,27, mas a resistência a DLX foi observada recentemente em isolados clínicos de S. aureus28,29.