Endogenous stresses and antibiotic resistance acquisition via integron in biofilms
Stress endogènes et acquisition de résistance aux antibiotiques par les intégrons en biofilm
Résumé
In natural settings, bacteria mostly live in biofilms. These are highly tolerant to antibiotics and cause persistent infections that are difficult to treat. Class 1 integrons are bacterial systems able to capture, exchange and express antibiotic resistance gene. The integrase IntI1, whose expression is regulated by the bacterial SOS response, catalyzes the insertion/excision of gene cassettes. We have previously shown that the basal expression level of intI1 and sfiA (SOS regulon gene) is globally increased via the stringent response (induced during nutrient starvation) in biofilm compared to planktonic culture. However, biofilms are heterogeneous environments where bacteria exhibit various phenotypes.In this study, we localized and quantified the expression of intI1 and sfiA genes within the biofilm at the level of individual bacteria, using confocal microscopy, flow cytometry and RTqPCR approaches. Our results showed that in absence of exogenous stress, only a small number of bacteria (~ 1%) located in the depth of the biofilm induce the SOS response leading to a high level of intI1 and sfiA expression, both in a stringent response-dependent and -independent manner. Our results thus indicate that few bacteria located at the depth of the biofilm undergo sufficient endogenous stress to promote the acquisition of antibiotic resistance, forming a reservoir of bacteria ready to rapidly resist antibiotic treatments.We also showed the involvement of the global regulator CRP in biofilm-specific regulation of integrase expression, a more complex regulation than expected.
Dans les écosystèmes naturels les bactéries vivent sous forme de biofilm. Ces derniers sont très tolérants aux antibiotiques et à l’origine d’infections persistantes difficiles à traiter. Les intégrons de classe 1 sont des systèmes bactériens capables de capturer, échanger et exprimer des cassettes de gène de résistance aux antibiotiques. L'intégrase IntI1, dont l'expression est régulée par la réponse SOS bactérienne, catalyse l'insertion/excision des cassettes de gène. Nous avons précédemment montré que le niveau basal d’expression des gènes intI1 et sfiA (gène du régulon SOS) est globalement augmenté via la réponse stringente (induite lors de carences nutritives) dans le biofilm par rapport à la culture planctonique. Or, les biofilms sont des environnements hétérogènes où les bactéries présentent des phénotypes variés.Dans cette étude, nous avons localisé et quantifié l’expression des gènes intI1 et sfiA dans le biofilm au niveau des bactéries individuelles, par des approches de microscopie confocale, de cytométrie en flux et de RT-qPCR. Nos résultats ont montré qu’en l'absence de stress exogène, seul un petit nombre de bactéries (~ 1%) situées dans la profondeur du biofilm induit la réponse SOS conduisant à un niveau élevé d'expression de intI1 et de sfiA, à la fois d'une manière dépendante et indépendante de la réponse stringente. Nos résultats indiquent donc que quelques bactéries situées la profondeur du biofilm subissent un stress endogène suffisant pour favoriser l'acquisition de résistance aux antibiotiques, formant ainsi un réservoir de bactéries prêtes à résister rapidement aux traitements antibiotiques.Nous avons aussi montré l’implication du régulateur global CRP dans la régulation biofilmspécifique de l’expression de l’intégrase, régulation plus complexe qu’anticipé.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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