Красноярск, Красноярский край, Россия
Институт биофизики ФИЦ СО РАН
Красноярск, Красноярский край, Россия
Красноярск, Красноярский край, Россия
Ноксвилл, США
Красноярск, Красноярский край, Россия
Красноярск, Красноярский край, Россия
В настоящей работе построена математическая модель распределения клеток трансгенных бактерий, по количеству содержащихся в них плазмид. Это позволяет изучать закономерности выживания трансгенных микроорганизмов в определенных экологических условиях с учетом различных характеристик трансгенных штаммов, например, стабильности плазмид в новых клетках, «популяционной стоимости» поддержания коньюгативных и неконьюгативных плазмид, эффективности экспрессии клонированных на плазмидах генов и других. «Плазмидный парадокс» заключается в том, что хотя обычно присутствие плазмид, содержащих клонированные гены, снижает удельную скорость роста трансгенных бактерий, но при длительном росте бактерий в неселективных условиях («экспериментальная эволюция», 20-30 или более генераций исходной формы без антибиотиков) «стоимость приспособленности», снижается на порядок-два. Анализ экспериментальных приводит к выводу, что это связано с изменением разницы в скоростях роста плазмидных и бесплазмидных клеток, с изменением вероятности образования бесплазмидных клеток, копийности плазмид и экспрессии клонированных генов в клетках трансгенных бактерий в различных экологических условиях.
Трансгенные бактерии, экспериментальная эволюция, «плазмидный парадокс», математическое моделирование
1. Brockhurst M.A., Harrison E. Ecological and evolutionary solutions to the plasmid paradox. Trends Microbiol., 2022, vol. 30, no. 6, pp. 534-543.
2. Paulsson J., Nordstrom K., Ehrenberg M. Requirements for rapid plasmid ColE1 copy number adjustments: a mathematical model of inhibition modes and RNA turnover rates. Plasmid., 1998,vol. 39, pp. 215‒234.
3. Atlung T., Christensen B.B., Hansen F.G. Role of the rom protein in copy number control of plasmid pBR322 at different growth rates in Escherichia coli K-12. Plasmid., 1999, vol. 41, pp. 110-119.
4. Standley M.S., Million-Weaver S., Alexander D.L., Hu S., Camps M. Genetic control of ColE1 plasmid stability that is independent of plasmid copy number regulation. Curr. Genet., 2019, vol. 65, no. 1.
5. Shuvaev A. DnaA dynamics could be linked with fitness cost in bacteria. Cell Biochem. Biophys., 2014, vol. 70, no. 1, pp. 295-299.
6. Rajer F., Sandegren L. The Role of Antibiotic Resistance Genes in the Fitness Cost of Multiresistance Plasmids. mBio, 2022, vol. 13, no. 1..
7. Dimitriu T., Matthews A.C., Buckling A. Increased copy number couples the evolution of plasmid horizontal transmission and plasmid-encoded antibiotic resistance. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2021, vol. 118, no. 31.
8. San Millan A., Santos-Lopez A., Ortega-Huedo R., Bernabe-Balas C., Kennedy S.P., Gonzalez-Zorn B. Small-plasmid-mediated antibiotic resistance is enhanced by increases in plasmid copy number and bacterial fitness. Antimicrob. Agents Chemother, 2015, vol. 59, pp. 3335-3341.
9. Брильков А.В., Брилькова Е.В., Ганусов В.В., Жабрун И.В., Логинов Ю.Ю. Экологическая биофизика: опыт математического моделирования динамики трансгенных микробных популяций. Акт. вопр. биол. физ. и хим., 2019, т. 4, № 3, с. 378-382.
10. Vanacker M., Lenuzza N., Rasigade J. P. The fitness cost of horizontally transferred and mutational antimicrobial resistance in Escherichia coli. Front. Microbiol., 2023, vol. 14, p. 1186920.
11. Hall J.P.J., Wright R.C.T., Harrison E., Muddiman K.J., Wood A.J., Paterson S. et al. Plasmid fitness costs are caused by specific genetic conflicts enabling resolution by compensatory mutation. PLoS Biol., 2021, vol. 19, e3001225.
