AP09258813 Мультиомный подход к изучению клеточного ответа Bacterioides fragilis на карбопенемы

Идея проекта заключается в мультиомном подходе изучения клеточного ответа Bacteroides fragilis на один из наиболее активных противомикробных препаратов в отношении Bacteroides fragilis меропенем. Изучение транскриптома и протеома бактерии позволит понять как бактериальные гены, связанны с механизмами резистентности и метобалическими путями, которые участвуют в ответ на карбопенемы, в частотности меропенем. В настоящее время в мире увеличивается число изолятов Bacteroides fragilis, которые устойчивы к бета-лактамным препаратам первого ряда, что является серьезной проблемой, приводящей к низкой эффективности лечения. Устойчивость к карбапенемам связана с экспрессией металло-β-лактамазы, кодируемой cfiA геном, однако имеется данные, что существуют другие механизмы резистентности, которые мало изучены.

Данный проект решает фундаментальную задачу, благодаря мультиомному подходу изучения будут получены результаты, которые внесут новые данные об ответе Bacteroides fragilis на прием меропенема, воздействуя, в основном в SIC (субингибиторная концентрация), понимание о стратегиях выживания бактерий в стрессовых условиях окружающей среды.

Актуальность

Предлагаемый проект направлен на получение новых данных о механизмах резистентности Bacteroides fragilis к карбопенемам. Новые знания о механизмах резистентности Bacteroides fragilis к карбопенемам актуальны и для мировой науки. В Казахстане до настоящего исследования работ по изучению бактерий на основе мультиомного подхода не проводили. В рамках данного проекта будут использованы современные высокопроизводительные молекулярно-биологические методы – масс-спектрометрический анализ белков, секвенирование нового поколения, что будет способствовать развитию научного потенциала страны, повышению компетенции научных сотрудников и возможности интегрироваться в мировую науку.

Цель

in vitro оценить транскрипционный и протеомный профиль Bacteroides fragilis при воздействии меропенема для изучения взаимосвязи бактериальных генов с механизмами резистентности и метобалическими путями, вовлеченных в ответ на действие меропенема.

Ожидаемые результаты

Будут культивированы изоляты Bacteroides fragilis. Определение субингибиторной концентрации (SIC) меропенема. Проведение субкультивирования изолятов Bacteroides fragilis в присутствии антибиотика и в отсутствии антибиотика меропенема при разных временных промежутках. Данная задача представляет прободготовку культур Bacteroides fragilis, которые будут изучаться в данном проекте.
Будет проведено определение бактериальных РНК-профилей Bacteroides fragilis при воздействии антибиотиком (меропененом) и при удалении данного антибиотика. Суть задачи состоит в сравнении полногеномного профиля экспрессии генов Bacteroides fragilis при воздействии субингибиторной концентрации антибиотика по прошествии разного количества времени. РНК секвенирование (RNA-seq) будет проведено, используя NGS (секвенирование нового поколения).
Определение белкового профиляBacteroides fragilis при воздействии антибиотиком (меропененом) и при удалении данного антибиотика. Суть задачи состоит в том, чтобы количественно определить регуляцию белков Bacteroides fragilis при воздействии субингибиторной концентрации антибиотика по прошествии разного количества времени. Будет применен метод одномерного гель-электрофореза в сочетании с химическими метками для обнаружения изменений на уровне регуляции и химической модификации отдельных белков в пределах всего протеома в ответ на противомикробный препарат меропенем.
Будет проведен биоинформатический анализ данных транскриптома и протеома Bacteroides fragilis. Суть задачи состоит в том, чтобы выявить основные активированные или репрессированные гены, кодирующие ферменты, которые участвуют в ответе на меропенем, также выявить ключевые белки Bacteroides fragilis, которые являются частью клеточного ответа, активируемого противомикробным препаратом.

Использование в предлагаемом проекте высокопропускных методов – РНК-секвенирование на основе NGS и масс-спектрометрия будет способствовать повышению квалификации научных сотрудников, особенно молодых ученых. В данном проекте их составляет – 80 %. Мультиомный подход в изучении микроорганизмов в последние годы активно применяется в мировой науке. Предлагаемый проект будет способствовать развитию данного направления в Казахстане.

При успешном решении фундаментальной задачи о новых механизмах резистентности B. fragilis к карбопенемам, полученные знания можно использовать в дальнейшем для создания противомикробных препаратов нового поколения.

Научный руководитель проекта

Жолдыбаева Елена Витальевна, к.б.н., ассоциированный профессор. Индекс Хирша (h-index) в базе Scopus – 6 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55640278400).

Члены исследовательской группы

Тарлыков Павел Викторович, PhD, ассоциированный профессор. Индекс хирша 7 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=35076539700). Эксперт в области протеомики и масс-спектрометрии.

Кожахметова Сания Саттыбаевна, к.б.н., старший научный сотрудник Национальной научной лаборатории биотехнологии коллективного пользования РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК. Эксперт в области микробиологии.

Джармуханов Жаркын, специалист в области генетики, геномики и молекулярной биологии, магистр, индекс Хирша – 1 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57211575822).

Атавлиева Сабина Шамшиддинкызы, магистр биологии. Индекс Хирша — 1 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57204157988

Публикации по теме проекта:

Zholdybayeva E., Kozhakhmetova, S., Atavliyeva, S.,Tarlykov, P.,Ramankulov, Y. Draft Genome Sequence of a Bacteroides fragilis Strain Isolated from Peritoneal Fluid of a Patient from Kazakhstan// Microbiol Resour Announc. 2020 Jun 25;9(26):e00377-20. doi: 10.1128/MRA.00377-20. Scopus: CiteScore– 7, процентиль -45.
Klotoe, B.J. ,Kurepina, N., Zholdibayeva, E., Panaiotov, S. ,Kreiswirth, B.N. ,Anthony, R. ,Sola, C. ,Refrégier, G. NTF-RINT, a new method for the epidemiological surveillance of MDR Mycobacterium tuberculosis L2/Beijing strains.// Tuberculosis (Edinb). 2020 Jan;120:101894. doi: 10.1016/j.tube.2019.101894. Scopus: CiteScore– 5, процентиль -68.
B J Klotoe, S Kacimi, E Costa-Conceicão, H M Gomes, R B Barcellos, S Panaiotov, D Haj Slimene, N Sikhayeva, S Sengstake, A R Schuitema, M Akhalaia, A Alenova, E Zholdybayeva, P Tarlykov, R Anthony, G Refrégier, C Sola. Genomic characterization of MDR/XDR-TB in Kazakhstan by a combination of high-throughput methods predominantly shows the ongoing transmission of L2/Beijing 94-32 central Asian/Russian clusters// BMC Infect Dis. 2019 Jun 24;19(1):553.doi: 10.1186/s12879-019-4201-2. Scopus: CiteScore – 1, процентиль – 63.
Bernice J Klotoe, Barbara Molina-Moya, Harrison Magdinier Gomes, Michel K Gomgnimbou, Lorenna Oliveira Suzarte, Maria H Féres Saad, Sajid Ali, José Dominguez, Edita Pimkina, Elena Zholdybayeva, Christophe Sola, Guislaine Refrégier. TB-EFI, a novel 18-Plex microbead-based method for prediction of second-line drugs and ethambutol resistance in Mycobacterium tuberculosis complex. // J Microbiol Methods. 2018 Sep;152:10-17. doi: 10.1016/j.mimet.2018.06.003. Scopus: CiteScore – 2, процентиль – 49.
Kozhakhmetova S.S., Zholdybayeva E.V., Mukhtarova K.E., Ramankulov Ye.M. Pathogenicity factors and antibiotic resistance of the Bacteroides fragilis// Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 2020, 1, page: 3-13 pp. DOI: 10.11134/btp.1.2020.1
Pavel Tarlykov, Sabina Atavliyeva, Arike Alenova , Yerlan Ramankulov Draft Genome Sequence of an Extensively Drug-Resistant Mycobacterium tuberculosis Clinical Isolate, 3485_MTB, from Nur-Sultan, Kazakhstan.// Microbiol Resour Announc.2020 Mar 5;9(10):e00025-20. doi: 10.1128/MRA.00025-20.
Atavliyeva S., , Zholdybayeva E., Ramankulov Ye MASS SPECTROMETRY-BASED APPROACHES TO CHARACTERIZE MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS. ///Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2018, page: — pp DOI: 10.11134/btp.4.2018.3
Kozhakhmetova, A.,Aitkulova, E.Zholdybayeva, S.Atavliyeva, P.Tarlykov, K.Kassymbek, A.Cyzdykov , Y.Ramankulov Study of antibiotic sensitivity of bacteroides fragilis isolated from patients with intraabdominal infections// Journal of Biotechnology. Volume 305, Supplement, 15 November 2019, Page S8. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2019.05.301
Кожахметова С.С., Жолдыбаева Е.В., Тарлыков П.В., Атавлиева С.Ш., Сыздыков Т.А., Хасенов Р.Е., Мухтарова К.Е., Раманкулов Е.М.Профили чувствительности и гены устойчивости к антибиотикам широкого спектра действия у Bacteroides Fragilis, изолированных из больниц г. Нур-Султан // Астана Медициналык Журналы, 2020, номер 1, стр 29-33
Tarlykov P., Atavliyeva S., Alenova A., Zholdybayeva E., Ramankulov Ye. Genotyping of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates from Southern Kkazakhstan. //.-Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2019 — page: 43-51 pp DOI: 10.11134/btp.1.2019.5
Кожахметова С.С., Жолдыбаева Е.В., Атавлиева С.Ш., Тарлыков П.В., Нугманова Р.Е., Сыздыков Т.А., Хожаева Г.С., Раманкулов Е.М. Оценка антибиотикочувствительности бактерий группы Bacteroides fragilis, изолированных от пациентов с интраабдоминальными инфекциями // Микробные биотехнологии.:фундаментальные и прикладные аспекты: материалы XI Междунар. науч. конф. (Минск, 3–6 июня 2019 г.). — С.38-39.
Zholdybayeva E., Kozhakhmetova, S., Atavliyeva, S.,Tarlykov, P.,Ramankulov, Y. Draft Genome Sequence of a Bacteroides fragilis Strain Isolated from Peritoneal Fluid of a Patient from Kazakhstan// Microbiol Resour Announc.2020 Jun 25;9(26):e00377-20. doi: 10.1128/MRA.00377-20. Scopus: CiteScore– 7, процентиль -45.
B J Klotoe, S Kacimi, E Costa-Conceicão, H M Gomes, R B Barcellos, S Panaiotov, D Haj Slimene, N Sikhayeva, S Sengstake, A R Schuitema, M Akhalaia, A Alenova, E Zholdybayeva, P Tarlykov, R Anthony, G Refrégier, C Sola. Genomic characterization of MDR/XDR-TB in Kazakhstan by a combination of high-throughput methods predominantly shows the ongoing transmission of L2/Beijing 94-32 central Asian/Russian clusters// BMC Infect Dis. 2019 Jun 24;19(1):553.doi: 10.1186/s12879-019-4201-2. Scopus: CiteScore – 1, процентиль – 63.
Elena Kim, Jeremy Rich, Adam Karoutas, Pavel Tarlykov, Emilie Cochet³, Daria Malysheva, Kamel Mamchaoui, Vasily Ogryzko, Iryna Pirozhkova ZNF555 protein binds to transcriptional activator site of 4qA allele and ANT1: potential implication in Facioscapulohumeral dystrophy. //Nucleic Acids Res. 2015 Sep 30;43(17):8227-42. doi: 10.1093/nar/gkv721. Epub 2015 Jul 15. CiteScore – 1, процентиль – 98.
Mukanov, K.K. Adish, Z.B. Mukantayev, K.N.Tursunov, K.A. Kairova, Z.K., Kaukabayeva, G.K., Kulyyassov, A.T., Tarlykov, P.V. Recombinant expression and purification of adenocarcinoma gpr161 receptor// Asia-Pacific Journal of Molecular Biology and Biotechnology. Открытый доступVolume 27, Issue 4, 2019, Pages 85-95

Достигнутые результаты

2021 г.

В результате исследований наработаны свежие культуры Bacteroides fragilis; определена субингибирующая концентрации (SIC) меропенема; получены четыре субкультуры B.fragilis BFR KZ01 под действием антибиотика меропенема и при культивирование без него; выделены тотальные РНК.

2022 г.

Проводится подготовка образцов РНК для этапа приготовления библиотек, а также начаты работы по пробоподготовке (синтез кДНК, пришивание поли А, лигирование, ПЦР-амплификация, измерение количества и нормализация библиотек).

Публикации и охранные документы