ET
Eva Top
Author with expertise in Global Challenge of Antibiotic Resistance in Bacteria
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
15
(73% Open Access)
Cited by:
900
h-index:
63
/
i10-index:
127
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Evaluation of nested PCR–DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) with group-specific 16S rRNA primers for the analysis of bacterial communities from different wastewater treatment plants

Nico Boon et al.Feb 1, 2002
E
W
W
N
The diversity of bacterial groups of activated sludge samples that received wastewater from four different types of industry was investigated by a nested PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) approach. Specific 16S rRNA primers were chosen for large bacterial groups (Bacteria and alpha-Proteobacteria in particular), which dominate activated sludge communities, as well as for actinomycetes, ammonium oxidisers and methanotrophs (types I and II). In addition primers for the new Acidobacterium kingdom were used to observe their community structure in activated sludge. After this first PCR amplification, a second PCR with bacterial primers yielded 16S rRNA gene fragments that were subsequently separated by DGGE, thus generating 'group-specific DGGE patterns'. The community structure and diversity of the bacterial groups from the different samples was further analysed using different techniques, such as statistical analysis and Shannon diversity index evaluation of the band patterns. By combining the seven DGGE gels, cluster analysis, multidimensional scaling and principal component analysis clearly clustered two of the four activated sludge types separately. It was shown that the combination of molecular and statistical methods can be very useful to differentiate microbial communities.
0
Citation500
0
Save
0

Effect of Phenylurea Herbicides on Soil Microbial Communities Estimated by Analysis of 16S rRNA Gene Fingerprints and Community-Level Physiological Profiles

Saı̈d Fantroussi et al.Mar 1, 1999
E
W
L
S
ABSTRACT The effect of three phenyl urea herbicides (diuron, linuron, and chlorotoluron) on soil microbial communities was studied by using soil samples with a 10-year history of treatment. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) was used for the analysis of 16S rRNA genes (16S rDNA). The degree of similarity between the 16S rDNA profiles of the communities was quantified by numerically analysing the DGGE band patterns. Similarity dendrograms showed that the microbial community structures of the herbicide-treated and nontreated soils were significantly different. Moreover, the bacterial diversity seemed to decrease in soils treated with urea herbicides, and sequence determination of several DGGE fragments showed that the most affected species in the soils treated with diuron and linuron belonged to an uncultivated bacterial group. As well as the 16S rDNA fingerprints, the substrate utilization patterns of the microbial communities were compared. Principal-component analysis performed on BIOLOG data showed that the functional abilities of the soil microbial communities were altered by the application of the herbicides. In addition, enrichment cultures of the different soils in medium with the urea herbicides as the sole carbon and nitrogen source showed that there was no difference between treated and nontreated soil in the rate of transformation of diuron and chlorotoluron but that there was a strong difference in the case of linuron. In the enrichment cultures with linuron-treated soil, linuron disappeared completely after 1 week whereas no significant transformation was observed in cultures inoculated with nontreated soil even after 4 weeks. In conclusion, this study showed that both the structure and metabolic potential of soil microbial communities were clearly affected by a long-term application of urea herbicides.
0
Citation385
0
Save
1

A Broadly Conserved Deoxycytidine Deaminase Protects Bacteria from Phage Infection

Geoffrey Severin et al.Mar 31, 2021
+8
C
B
G
SUMMARY The El Tor biotype of Vibrio cholerae is responsible for perpetuating the longest cholera pandemic in recorded history (1961-current). The genomic islands VSP-1 and -2 are two understudied genetic features that distinguish El Tor from previous pandemics. To understand their utility, we calculated the co-occurrence of VSP genes across bacterial genomes. This analysis predicted the previously uncharacterized vc0175 , herein renamed d eoxycytidylate d eaminase V ibrio ( dcdV ), is in a gene network with dncV , a cyclic GMP-AMP synthase involved in phage defense. DcdV consists of two domains, a P-loop kinase and a deoxycytidylate deaminase, that are required for the deamination of dCTP and dCMP, inhibiting phage predation by corrupting cellular nucleotide concentrations. Additionally, DcdV is post-translationally inhibited by a unique noncoding RNA encoded 5’ of the dcdV locus. DcdV homologs are conserved in bacteria and eukaryotes and our results identify V. cholerae DcdV as the founding member of a previously undescribed bacterial phage defense system.
1
Citation10
0
Save
54

Estimating the rate of plasmid transfer with an adapted Luria–Delbrück fluctuation analysis

Olivia Kosterlitz et al.Jan 6, 2021
+4
C
A
O
Abstract To increase our basic understanding of the ecology and evolution of conjugative plasmids, we need a reliable estimate of their rate of transfer between bacterial cells. However, accurate estimates of plasmid transfer have remained elusive due to biological and experimental complexity. Current methods to measure transfer rate can be confounded by many factors. A notable example involves plasmid transfer between different strains or species where the rate that one type of cell donates the plasmid is not equal to the rate at which the other cell type donates. Asymmetry in these rates has the potential to bias or constrain current transfer estimates, thereby limiting our capabilities for estimating transfer in microbial communities. Inspired by the classic fluctuation analysis of Luria and Delbrück, we develop a novel approach, the Luria-Delbrück method (‘LDM’), for estimating plasmid transfer rate. Our new approach embraces the stochasticity of conjugation departing from the current deterministic population dynamic methods. In addition, the LDM overcomes obstacles of traditional methods by not being affected by different growth and transfer rates for each population within the assay. Using stochastic simulations and experiments, we show that the LDM has high accuracy and precision for estimation of transfer rates compared to the most widely used methods, which can produce estimates that differ from the LDM estimate by orders of magnitude. Significance Statement Conjugative plasmids play significant roles in the ecology and evolution of microbial communities. Notably, antibiotic resistance genes are often encoded on conjugative plasmids. Thus, conjugation—the transfer of a plasmid copy from one cell to another—is a common way for antibiotic resistance to spread between important clinical pathogens. For both public health modeling and a basic understanding of microbial population biology, accurate estimates of this fundamental rate are of great consequence. We show that widely used methods can lead to biased estimates, deviating from true values by several orders of magnitude. Therefore, we developed a new approach, inspired by the classic fluctuation analysis of Luria and Delbrück, for accurately assessing the rate of plasmid conjugation under a variety of conditions.
54
Citation2
0
Save
5

Antimicrobial resistance genes predict plasmid generalism and network structure in wastewater

Alice Risely et al.May 11, 2022
+3
B
T
A
Abstract Plasmids are mobile genetic elements that can act as mutualists or parasites to their bacterial hosts depending on their accessory genes and environment. Ecological network theory predicts that mutualists, such as plasmids with antimicrobial resistance (AMR) genes in the presence of antimicrobials, should act as generalists, while plasmids without beneficial genes are expected to be more specialised. Therefore, whether the relationship between plasmid and host is mutualistic or antagonistic is likely to have a strong impact on the formation of interaction network structures and the spread of AMR genes across microbial networks. Here we re-analyse Hi-C metagenome data from wastewater samples and identify plasmid signatures with machine learning to generate a natural host-plasmid network. We found that AMR-carrying plasmids indeed interacted with more hosts than non-AMR plasmids (on average 14 versus 3, respectively). The AMR plasmid-host subnetwork showed a much higher connectedness and nestedness than the subnetwork associated with non-AMR plasmids. The overall network was clustered around Proteobacteria and AMR-carrying plasmids giving them a crucial role in network connectivity. Therefore, by forming mutualistic networks with their hosts, beneficial AMR plasmids lead to more connected network structures that ultimately share a larger gene pool of AMR genes across the network.
5
Citation2
0
Save
22

Evolutionary crowdsourcing: alignment of fitness landscapes allows cross-species adaptation of a horizontally transferred gene

Olivia Kosterlitz et al.Sep 15, 2022
+3
B
N
O
Abstract Genes that undergo horizontal gene transfer (HGT) evolve in different genomic backgrounds as they move between hosts, in contrast to genes that evolve under strict vertical inheritance. Despite the ubiquity of HGT in microbial communities, the effects of host-switching on gene evolution have been understudied. Here, we present a novel framework to examine the consequences of host-switching on gene evolution by probing the existence and form of host-dependent mutational effects. We started exploring the effects of HGT on gene evolution by focusing on an antibiotic resistance gene (encoding a beta-lactamase) commonly found on conjugative plasmids in Enterobacteriaceae pathogens. By reconstructing the resistance landscape for a small set of mutationally connected alleles in three enteric species ( Escherichia coli, Salmonella enterica , and Klebsiella pneumoniae ), we uncovered that the landscape topographies were largely aligned with very low levels of host-dependent mutational effects. By simulating gene evolution with and without HGT using the species-specific empirical landscapes, we found that evolutionary outcomes were similar despite HGT. These findings suggest that the adaptive evolution of a mobile gene in one species can translate to adaptation in another species. In such a case, vehicles of cross-species HGT such as plasmids enable a distributed form of genetic evolution across a bacterial community, where species can ‘crowdsource’ adaptation from other community members. The role of evolutionary crowdsourcing on the evolution of bacteria merits further investigation.
22
Citation1
0
Save
0

Emerging patterns of plasmid-host coevolution that stabilize antibiotic resistance

Thibault Stalder et al.Jun 5, 2017
+3
C
L
T
Multidrug resistant bacterial pathogens have become a serious global human health threat, and conjugative plasmids are important drivers of the rapid spread of resistance to last-resort antibiotics. Whereas antibiotics have been shown to select for adaptation of resistance plasmids to their new bacterial hosts, or vice versa, a general evolutionary mechanism has not yet emerged. Here we conducted an experimental evolution study aimed at determining general patterns of plasmid-bacteria evolution. Specifically, we found that a large conjugative resistance plasmid follows the same evolutionary trajectories as its non-conjugative mini-replicon in the same and other species. Furthermore, within a single host-plasmid pair three distinct patterns of adaptive evolution led to increased plasmid persistence: i) mutations in the replication protein gene (trfA1); ii) the acquisition by the resistance plasmid of a transposon from a co-residing plasmid encoding a putative toxin-antitoxin system; iii) a mutation in the host's global transcriptional regulator gene fur. Since each of these evolutionary solutions individually have been shown to increase plasmid persistence in other plasmid-host pairs, our work points towards common mechanisms of plasmid stabilization. These could become the targets of future alternative drug therapies to slow down the spread of antibiotic resistance.
0

Evolution of a Plasmid Regulatory Circuit Ameliorates Plasmid Fitness Cost

Clinton Elg et al.Feb 6, 2024
+7
M
E
C
Abstract Plasmids play a major role in bacterial evolution and rapid adaptation by facilitating the horizontal transfer of diverse genes. Understanding how plasmids are transferred and maintained in bacterial populations is important, especially given the increasing plasmid-mediated spread of antibiotic-resistance genes to human pathogens. We investigated why broad-host range plasmid pBP136, originally isolated from clinical samples of Bordetella pertussis, quickly became extinct in laboratory Escherichia coli populations. We found that the inactivation of a previously uncharacterized plasmid gene, upf31 , drastically improved long-term maintenance of the plasmid in E. coli . Loss of this single gene was associated with decreased transcription of numerous genes in the plasmid korA , korB and korC regulons, as well as changes in many chromosomal genes primarily related to metabolism. This change in transcriptome is likely initiated by Upf31 interacting with one of these major plasmid regulators, KorB. Expression of upf31 in trans not only negatively affected the persistence of a pBP136 upf31 deletion mutant, but also of the closely related archetype IncPβ plasmid R751, which is stable in E. coli and natively encodes an internally truncated upf31 allele. This suggests that whereas the upf31 allele in pBP136 might advantageously modulate gene expression in its original host, B. pertussis , the same function can have harmful effects in E. coli . Thus, using multiple hosts to study the effects of knockouts in broad-host-range plasmid genes of unknown function may reveal unexpected mechanisms that determine the fate of that plasmid in bacterial communities.
1

Biofilms preserve the transmissibility of a multi-drug resistance plasmid

Genevieve Metzger et al.Apr 19, 2022
+6
M
B
G
ABSTRACT Self-transmissible multidrug resistance (MDR) plasmids are a major health concern because they can spread antibiotic resistance to pathogens. Even though most pathogens form biofilms, little is known about how MDR plasmids persist and evolve in biofilms. We hypothesize that (i) biofilms act as refugia of MDR plasmids by retaining them in the absence of antibiotics longer than well-mixed planktonic populations, and that (ii) the evolutionary trajectories that account for the improvement of plasmid persistence over time differ between biofilms and planktonic populations. In this study, we evolved Acinetobacter baumannii with an MDR plasmid in biofilm and planktonic populations with and without antibiotic selection. In the absence of selection biofilm populations were better able to maintain the MDR plasmid than planktonic populations. In planktonic populations plasmid persistence improved rapidly but was accompanied by a loss of genes required for the horizonal transfer of plasmids. In contrast, in biofilms most plasmids retained their transfer genes, but on average plasmid persistence improved less over time. Our results showed that biofilms can act as refugia of MDR plasmids and favor the horizontal mode of plasmid transfer, which has important implications for the spread of MDR.
7

Contagious Antibiotic Resistance: Plasmid Transfer Among Bacterial Residents of the Zebrafish Gut

Wesley Loftie‐Eaton et al.Nov 10, 2020
+4
D
A
W
Abstract By characterizing the trajectories of antibiotic resistance gene transfer in bacterial communities such as the gut microbiome, we will better understand the factors that influence this spread of resistance. Our aim was to investigate the host network of a multi-drug resistance broad-host-range plasmid in the culturable gut microbiome of zebrafish. This was done through in vitro and in vivo conjugation experiments with Escherichia coli as donor of the plasmid pB10:: gfp . When this donor was mixed with the extracted gut microbiome, only transconjugants of Aeromonas veronii were detected. In separate matings between the same donor and four prominent isolates from the gut microbiome, the plasmid transferred to two of these four isolates, A. veronii and Plesiomonas shigelloides, but not to Shewanella putrefaciens and Vibrio mimicus . When these A. veronii and P. shigelloides transconjugants were the donors in matings with the same four isolates, the plasmid now also transferred from A. veronii to S. putrefaciens . P. shigelloides was unable to donate the plasmid and V. mimicus was unable to acquire it. Finally, when the E. coli donor was added in vivo to zebrafish through their food, plasmid transfer was observed in the gut but only to Achromobacter sp., a rare member of the gut microbiome. This work shows that the success of plasmid-mediated antibiotic resistance spread in a gut microbiome depends on the donor-recipient species combinations and therefore their spatial arrangement. It also suggests that rare gut microbiome members should not be ignored as potential reservoirs of multi-drug resistance plasmids from food. Importance To understand how antibiotic resistance plasmids end up in human pathogens it is crucial to learn how, where and when they are transferred and maintained in members of bacterial communities such as the gut microbiome. To gain insight into the network of plasmid-mediated antibiotic resistance sharing in the gut microbiome, we investigated the transferability and maintenance of a multi-drug resistance plasmid among the culturable bacteria of the zebrafish gut. We show that the success of plasmid-mediated antibiotic resistance spread in a gut microbiome can depend on which species are involved, as some are important nodes in the plasmid-host network and others dead-ends. Our findings also suggest that rare gut microbiome members should not be ignored as potential reservoirs of multi-drug resistance plasmids from food.
Load More