本文“Identification and Exploration of Transcripts Involved in Antibiotic Resistance Mechanism of Two Critical Superbugs”在期刊Gene Expression上发表。

投稿：2023年4月28日；修回：2023年7月3日；接受：2023年10月15日；上线：2024年1月22日

研究背景和目的

致病菌的抗生素耐药性（AMR）是导致高死亡率的主要原因，被世界卫生组织列为全球十大公共卫生挑战之一。耐药细菌的传播令人担忧，当前对粘菌素等抗生素的耐药性增加，多重耐药细菌的存在使得感染治疗变得困难。肺炎克雷伯菌（KP）和铜绿假单胞菌（PA）是耐药性的主要病原体之一，对最后一线抗生素的治疗效果逐渐减弱。研究KP和PA感染的致病机制和耐药性变得至关重要。

微阵列技术被用于检测不同生物体的多个靶基因表达，在目标识别和药物检测与开发方面发挥着重要作用。利用该技术进行细菌菌株之间的差异基因表达分析，有助于研究其生物学差异和耐药机制，为这些基因及其作用的独特性开辟新的前景。

研究方法和结果

从GEO数据库检索到3个微阵列数据集（KP、PA1和PA2）GSE24688、GSE4026和GSE117438，使用limma R包进行背景校正和分位数归一化后进行差异表达基因分析，聚类和相关性分析以及主成分分析（PCA）。在DEG分析后，进行了功能富集分析，使用GO和KEGG进行分子通路和功能分析。最后，进行了基因比较和下游分析，检索关键基因的详细信息及鉴定耐药基因。

图1 生物信息学分析的整体流程           

本研究主要分析了KP与PA前10个显著高表达的基因，以及10个共同显著表达的基因和5个耐药基因。该研究发现了与这些关键基因相关的分子功能、生物过程和细胞组分。在表达最高的前10个重要KP基因中，argR基因参与了这三个主要方面。在PA1中没有一个基因在这三个预定义的功能特征中富集，但在PA2中putA、coxA和coIII基因有涉及这三个主要方面。此外，在共同的10个重要基因和五个耐药基因也在这些方面发挥作用。

研究发现，Ars、Aio 和 Arr 基因参与了砷代谢途径，而砷抗性基因可用于药物开发的靶标鉴定；此外，与外排泵蛋白的结构相似基因也可用于新药开发。抑制这些基因或蛋白质可能会恢复多重耐药菌株对抗生素的敏感性。一些基因如phoP和phoQ在多种环境信号下发挥作用，参与细菌的耐药性和适应性等，并可作为诊断标志物。

图2 不同类型的基因表达数据

总结和展望

在临床应用中，研究人员发现多重耐药KP和PA中的砷耐药基因对治疗开发具有重要价值，可能带来新的药物靶点和治疗途径。本研究揭示了KP和PA 10个共同的重要基因和5个耐药基因，其中Ars、Aio 和 Arr 基因参与了砷代谢途径，以及phoP和phoQ与细菌耐药性相关等，这些研究结果为未来的诊断和治疗策略提供了依据。同时，还探讨了KP和PA耐药性的遗传基础，为提高ICU患者治疗效果和全球公共卫生提供前景，有助于对抗抗生素耐药性。

引用本文：

Sahoo S, Mohanty JN, Routray SP, Shah S, Das J, Swarnkar T. Identification and Exploration of Transcripts Involved in Antibiotic Resistance Mechanism of Two Critical Superbugs. Gene Expr. 2024;23(1):1-14. doi: 10.14218/GE.2023.00022.

原文链接：https://www.xiahepublishing.com/1555-3884/GE-2023-00022

扫码阅读：

通讯作者：

Tripti Swarnkar

• 印度Siksha ‘O’ Anusandhan大学工程与技术学院计算机应用系教授、系主任

• IEEE高级会员和IEEE工程医学与生物学学会（EMBS）会员

• 主要研究兴趣集中在机器学习、组学数据分析和医学图像分析领域

Gene Expression简介

Gene Expression (GE) 杂志于1991年创刊，自2022年8月开始，正式由华誉出版社 (Xia & He Publishing Inc., XHP) 出版。期刊为快速发展的生物科学领域传播新的研究成果提供了平台，所涵盖的研究主题主要包括细胞生物学、分子生物学、基因、遗传学、人类疾病的细胞和分子机制等。

GE采用ScholarOne作为投审稿系统，以确保稿件的审稿质量。同时启用新的PDF稿件排版格式，提升读者的阅读体验。

• CiteScore 2023: 3.8

主编介绍

王华教授

安徽医科大学肝病研究所

中国，合肥

Prof. Amancio Carnero

Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS), Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Hospital Universitario Virgen del Rocío (HUVR), Universidad de Sevilla

Seville, Spain

欢迎投稿

期刊网站：https://www.xiahepublishing.com/journal/ge

投稿网址：https://mc03.manuscriptcentral.com/gejlr

期刊邮箱：ge@xiahepublishing.com  叶老师