بازسازي شبكه ژني مقاومت به پني‌سيلين در E.coli با استفاده از اطلاعات موجود در پايگاه‌هاي داده

Reconstitution of Gene Network on Penicillin Resistance in E.coli Using Databases Information

كشف پني‌سيلين، انقلابي را در صنعت پزشكي ايجاد كرد و جان هزاران نفر را نجات داد. اما با گذشت زمان باكتري‌هاي مقاوم به اين آنتي‌بيوتيك يكي پس از ديگري شناسايي شدند. آنتـي‌بيوتيك‌هاي خانواده پني‌سيلين در ساختـار مولكولي خود داراي يك حلقه‌ي بتا–لاكتام هستنـد. پني‌سيلين و ديگر آنتي‌بيوتيك‌هاي داراي حلقه بتا-لاكتام با اتصال به آنزيم ترانس‌پپتيداز به صورت رقابتي فعاليت آن را مهار مي‌كنند. مهار آنزيم ترانس‌پپتيداز از سنتز ديواره باكتريايي جلوگيري كرده و سبب مرگ باكتري مي‌گردد. باكتري‌هاي مقاوم داراي آنزيم بتا-لاكتاماز هستند كه توانايي شكستن پيوند C-N را در حلقه بتا-لاكتام دارند. در اين مطالعه بازسازي شبكه ژن‌هاي شناخته شده بتا-لاكتاماز در باكتري E.coli صورت گرفت. نتايج نشان داد ژن ampC نقش محوري در القاي مقاومت در E.coli دارد. بررسي عملكرد مولكولي ساير ژن‌هاي شبكه بتا-لاكتامازي نشان داد ويژگي بتا-لاكتامازي براي آنها، صرفاً يك قابليت ثانويه بوده و وظيفه اصلي آنها مشاركت در ساير فرايند‌هاي غير مرتبط سلولي مي‌باشد. بررسي ژن آنتولوژي نشان داد فرايند مقاومت به آنتي‌بيوتيك‌هاي بتا-لاكتام همبستگي مثبت با زنجيره انتقال الكترون دارد. همچنين بررسي جايگاه سلولي ژن‌ها نشان داد غشاي سلولي فعال‌ترين اندامك سلولي در زمان مواجهه با آنتي‌بيوتيك‌هاي بتا-لاكتام در باكتري E.coli مي‌باشد و مقاومت به آنتي‌بيوتيك وابسته به عملكرد بتالاكتامازي پروتئين‌هاي فعال در غشاي سلولي است.

The discovery of penicillin has revolutionized the medical industry and saved thousands of lives. But over time, the resistant bacteria to this antibiotic were identified one after another. Antibiotics of the penicillin family have a β-lactam ring in their molecular structure. By competitively binding to transpeptidase, penicillin and other β-lactam antibiotics inhibit its activity. Inhibition of transpeptidase activity prevents cell wall synthesis and causes bacterial death. Resistant bacteria, have β-lactamase enzyme which has the ability to break the C-N bond in the β-lactam ring. In this study, we reconstructed a network of known β-lactamase genes in E.coli. The results showed that ampC gene plays a central role in induction of resistance in E.coli. Molecular function analysis of other β-lactamase genes showed that β-lactamase activity is only a secondary function for them and their main function is to participate in other unrelated cellular processes. Gene ontology analysis showed that the process of resistance to β-lactam antibiotics was positively correlated with electron transport chain. Also, when exposed to β-lactam antibiotics, the cell membrane is the most active cellular component in E.coli and antibiotic resistance is dependent on the β-lactamase function of cell membrane proteins.