大規模な染色体フリップフロップリバーシブル反転は、乳腺菌における抗生物質耐性の発現の表現型の切り替えを媒介します

細菌は、排出ポンプや薬物修飾酵素などの耐性決定因子をコードする遺伝的要素を獲得して発現させ、感染の治療を妨げることにより、抗菌薬に対する耐性を獲得できます。以前は、乳腺腫菌株におけるスペクトノマイシン耐性の獲得が可逆的なゲノム反転と相関していることを示しましたが、正確な位置と影響を受ける遺伝子は不明でした。ここでは、長い読み取り全ゲノムシーケンスを使用してゲノムの反転を正確に定義し、定量的PCRを使用して遺伝子発現レベルの関連する変化を特定します。反転の境界は、左右のレプリコアにあるプロファージのようなシーケンスの2つの同一のコピー内にあります。これは、相同組換えまたは預言活動による反転の可能なメカニズムを示唆しています。反転は、複製の原点と末端の間の軸に関して非対称であり、SAM依存性メチルトランスフェラーゼの発現を調節するものであり、その異種発現は乳酸腫の分光腫に対する耐性を付与し、スペクタノマイシンへの曝露時にアップレギュレートされます。この研究は、細菌の抗菌性耐性のスイッチを付与し、黄色ブドウ球菌の外側の最初のものを介した大規模染色体反転を介した相変動の最初の例の1つを提供します。

Bacteria can gain resistance to antimicrobials by acquiring and expressing genetic elements that encode resistance determinants such as efflux pumps and drug-modifying enzymes, thus hampering treatment of infection. Previously we showed that acquisition of spectinomycin resistance in a lactococcal strain was correlated with a reversible genomic inversion, but the precise location and the genes affected were unknown. Here we use long-read whole-genome sequencing to precisely define the genomic inversion and we use quantitative PCR to identify associated changes in gene expression levels. The boundaries of the inversion fall within two identical copies of a prophage-like sequence, located on the left and right replichores; this suggests possible mechanisms for inversion through homologous recombination or prophage activity. The inversion is asymmetrical in respect of the axis between the origin and terminus of the replication and modulates the expression of a SAM-dependent methyltransferase, whose heterologous expression confers resistance to spectinomycin in lactococci and that is up-regulated on exposure to spectinomycin. This study provides one of the first examples of phase variation via large-scale chromosomal inversions that confers a switch in antimicrobial resistance in bacteria and the first outside of Staphylococcus aureus.