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Enregistrement W4387976851 · doi:10.1101/2023.10.25.563906

Unpredictability of the fitness effects of antimicrobial resistance mutations across environments in <i>Escherichia coli</i>

2023· preprint· en· W4387976851 sur OpenAlexaff
Aaron Hinz, André Amado, Rees Kassen, Claudia Bank, Alex Wong

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2023
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueEvolution and Genetic Dynamics
Établissements canadiensCarleton UniversityMcGill UniversityUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBiologyContext (archaeology)Antibiotic resistanceMutation AccumulationMutationGeneticsGenotypeGenetic variationGenetic FitnessResistance (ecology)Mutation rateEvolutionary biologyAntibioticsEcologyBiological evolutionGene

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The evolution of antimicrobial resistance (AMR) in bacteria is a major public health concern. When resistant bacteria are highly prevalent in microbial populations, antibiotic restriction protocols are often implemented to reduce their spread. These measures rely on the existence of deleterious fitness effects (i.e., costs) imposed by AMR mutations during growth in the absence of antibiotics. According to this assumption, resistant strains will be outcompeted by susceptible strains that do not pay the cost during the period of restriction. Hence, the success of a given intervention depends on the magnitude and direction of fitness effects of mutations, which can vary depending on the genetic and environmental context. However, the fitness effects of AMR mutations are generally studied in laboratory reference strains and estimated in a limited number of environments, usually a standard laboratory growth medium. In this study, we systematically measure how three sources of variation impact the fitness effects of AMR mutations: the type of resistance mutation, the genetic background of the host, and the growth environment. We demonstrate that while AMR mutations are generally costly in antibiotic-free environments, their fitness effects vary widely and depend on complex interactions between the AMR mutation, genetic background, and environment. We test the ability of the Rough Mount Fuji genotype-fitness model to reproduce the empirical data in simulation. We identify model parameters that reasonably capture the variation in fitness effects due to genetic variation. However, the model fails to accommodate variation when considering multiple growth environments. Overall, this study reveals a wealth of variation in the fitness effects of resistance mutations owing to genetic background and environmental conditions, that will ultimately impact their persistence in natural populations. Author’s Abstract The emergence and spread of antimicrobial resistance in bacterial populations poses a continuing threat to our ability to successfully treat bacterial infections. During exposure to antibiotics, resistant microbes outcompete susceptible ones, leading to increases in prevalence. This competitive advantage, however, can be reversed in antibiotic-free environments, due to deleterious fitness effects imposed by resistance determinants, a concept referred to as the ‘cost of resistance’. The extent of these fitness effects is an important factor governing the prevalence of resistance in natural populations. However, predicting the fitness effects of resistance mutations is challenging, since their magnitude can change depending on the genetic background in which the mutation arose and the environmental context. Comprehensive data on these sources of variation is lacking, and we address this gap by determining the fitness effects of resistance mutations introduced in a range of Escherichia coli clinical isolates, measured in different antibiotic-free environments. Our results reveal wide variation in the fitness effects, driven by irreducible interactions between resistance mutations, genetic backgrounds, and growth environments. We evaluate the performance of a fitness landscape model to reproduce the data in simulation, highlight its strengths and weaknesses, and call for improvements to accommodate these important sources of variation.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,006
Tête enseignante GPT0,219
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations10
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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