Profiling antibiotic resistance in Escherichia coli strains displaying differential antibiotic susceptibilities using Raman spectroscopy

抗生素 四环素 微生物学 抗生素耐药性 大肠杆菌 氨苄西林 环丙沙星 细菌 核酸 化学 生物 生物化学 遗传学 基因
作者
Taru Verma,Harshitha Annappa,Saumya Singh,Siva Umapathy,Dipankar Nandi
出处
期刊:Journal of Biophotonics [Wiley]
卷期号:14 (1) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/jbio.202000231
摘要

Abstract The rapid identification of antibiotic resistant bacteria is important for public health. In the environment, bacteria are exposed to sub‐inhibitory antibiotic concentrations which has implications in the generation of multi‐drug resistant strains. To better understand these issues, Raman spectroscopy was employed coupled with partial least squares‐discriminant analysis to profile Escherichia coli strains treated with sub‐inhibitory concentrations of antibiotics. Clear differences were observed between cells treated with bacteriostatic (tetracycline and rifampicin) and bactericidal (ampicillin, ciprofloxacin, and ceftriaxone) antibiotics for 6 hr: First, atomic force microscopy revealed that bactericidal antibiotics cause extensive cell elongation whereas short filaments are observed with bacteriostatic antibiotics. Second, Raman spectral analysis revealed that bactericidal antibiotics lower nucleic acid to protein (I 812 /I 830 ) and nucleic acid to lipid ratios (I 1483 /I 1452 ) whereas the opposite is seen with bacteriostatic antibiotics. Third, the protein to lipid ratio (I 2936 /I 2885 and I 2936 /I 2850 ) is a Raman stress signature common to both the classes. These signatures were validated using two mutants, Δ lon and Δ acrB , that exhibit relatively high and low resistance towards antibiotics, respectively. In addition, these spectral markers correlated with the emergence of phenotypic antibiotic resistance. Overall, this study demonstrates the efficacy of Raman spectroscopy to identify resistance in bacteria to sub‐lethal concentrations of antibiotics.
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