Resumen del estudio (inglés)
BACKGROUND: Abuse of β-lactam antibiotics and its spread of drug resistance challenged the applicability of antimicrobial agents, enabling polymyxins as a last-line treatment for anti-infections of multi-drug resistant (MDR) pathogen. Polymyxin is applicable to herb breeding/growth prompting and combatting Gram-negative bacteria by combining other antimicrobials by membrane dysfunction, permeability damage, vesicle-vesicle contacts and oxidative stress, with its increasingly ubiquitous resistance. However, the complex mechanisms and high transmission risk of polymyxin resistance pose a severe threat to public health, such as improved colonization advantages and infection risks of Escherichia coli. METHODS: In this study, a polymyxin-resistant Escherichia coli strain capable of producing extended-spectrum β-lactamase (ESBL), thereafter designated as EcE.ESBL.COL, was isolated from a urine sample. Antimicrobial susceptibility testing and whole-genome sequencing revealed that this strain likely harbors multiple antibiotic resistance determinants. RESULTS: Therefore, these candidates were found on one chromosome [an integron-like MDR region not detected in another ST1485 representative strain (O83:H42)] and three plasmids (including bla TEM - 1B and bla CTX - M-55) in this strain, pertaining to multi-locus sequence type (MLST) 1485 and serotype O25:H42. Interestingly, this genomic region of plasticity with similar arrangements located on either chromosome or plasmid in other distantly-related strains [for example, the chromosome of E. coli strain LWY24 (previously as ST93, reclassified into ST457 in our study) and plasmid pFXCREC004-1, harbored by E. coli strain FXCREC004 (ST101)]. Next, an arnBCADTEF operon and no mcr-like determinant was found on EcE.ESBL.COL chromosome, facilitating the 4-amino-4-deoxy-L-arabinose (L-Ara4N) modification of lipid A in lipopolysaccharide (LPS). Interestingly, polymyxin resistance conferred by arn was augmented by additional polysaccharides retrieved from Lycium barbarum (LBP) and antioxidant N-acetylcysteine (NAC), while no significant antimicrobial coordination was observed if combined with colistin. In addition, sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and comparative transcriptomics demonstrated that the LPS production and morphology significantly varied in response to polymyxin stress, indicating that polymyxin can induce the transcription of arnBCADTEF, thereby promoting L-Ara4N modification and polymyxin resistance. CONCLUSION: Overall, our finding indicates that the co-occurrence of antibiotic resistance factors (such as MDR candidates and LPS architectural variation in this isolate) involves both chromosomal recombination and plasmid dissemination, thereby highlighting important implications for antimicrobial resistance surveillance, molecular epidemiological retrospection, and precision clinical anti-infection. Copyright © 2026 Wan, Huang, Li, Lv, Lu, Zhang, Zhou and Chen. DOI: 10.3389/fmicb.2026.1924788 PMCID: PMC13593837
Traducción al español (IA · NME)
ANTECEDENTES: El abuso de antibióticos β-lactámicos y la propagación de la resistencia a los medicamentos han desafiado la aplicabilidad de los agentes antimicrobianos, permitiendo que las polimixinas se utilicen como tratamiento de última línea para infecciones por patógenos multirresistentes (MDR). La polimixina es aplicable al cultivo/crecimiento de hierbas y al combate de bacterias Gram-negativas combinando otros antimicrobianos mediante disfunción de la membrana, daño a la permeabilidad, contactos vesícula-vesícula y estrés oxidativo, con su resistencia cada vez más ubicua. Sin embargo, los complejos mecanismos y el alto riesgo de transmisión de la resistencia a la polimixina suponen una grave amenaza para la salud pública, como las ventajas de colonización mejoradas y los riesgos de infección de Escherichia coli.
MÉTODOS: En este estudio, se aisló una cepa de Escherichia coli resistente a la polimixina capaz de producir β-lactamasa de espectro extendido (ESBL), designada como EcE.ESBL.COL, a partir de una muestra de orina. Las pruebas de susceptibilidad antimicrobiana y la secuenciación del genoma completo revelaron que esta cepa probablemente alberga múltiples determinantes de resistencia a los antibióticos.
RESULTADOS: Por lo tanto, se encontraron estos candidatos en un cromosoma [una región MDR similar a un integrón no detectada en otra cepa representativa ST1485 (O83:H42)] y tres plásmidos (incluyendo bla TEM - 1B y bla CTX - M-55) en esta cepa, perteneciente al tipo de secuencia multilocus (MLST) 1485 y serotipo O25:H42. Curiosamente, esta región genómica de plasticidad con arreglos similares se encuentra en el cromosoma o plásmido en otras cepas distantes [por ejemplo, el cromosoma de la cepa de E. coli LWY24 (anteriormente como ST93, reclasificada en ST457 en nuestro estudio) y el plásmido pFXCREC004-1, albergado por la cepa de E. coli FXCREC004 (ST101)]. A continuación, se encontró un operón arnBCADTEF y ningún determinante similar a mcr en el cromosoma de EcE.ESBL.COL, facilitando la modificación de 4-amino-4-desoxi-L-arabinosa (L-Ara4N) del lípido A en lipopolisacárido (LPS). Curiosamente, la resistencia a la polimixina conferida por arn fue aumentada por polisacáridos adicionales obtenidos de Lycium barbarum (LBP) y el antioxidante N-acetilcisteína (NAC), mientras que no se observó una coordinación antimicrobiana significativa si se combinaba con colistina. Además, la electroforesis en gel de poliacrilamida con dodecilsulfato de sodio (SDS-PAGE) y la transcriptómica comparativa demostraron que la producción de LPS y la morfología variaron significativamente en respuesta al estrés por polimixina, indicando que la polimixina puede inducir la transcripción de arnBCADTEF, promoviendo así la modificación de L-Ara4N y la resistencia a la polimixina.
CONCLUSIONES: En general, nuestro hallazgo indica que la coexistencia de factores de resistencia a los antibióticos (como los candidatos MDR y la variación arquitectónica de LPS en este aislado) involucra tanto la recombinación cromosómica como la diseminación plasmídica, destacando así importantes implicaciones para la vigilancia de la resistencia antimicrobiana, la retrospección epidemiológica molecular y la precisión clínica antiinfecciosa. Derechos de autor © 2026 Wan, Huang, Li, Lv, Lu, Zhang, Zhou y Chen. DOI: 10.3389/fmicb.2026.1924788 PMCID: PMC13593837
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Detalles bibliográficos
- Autores: Wan S, Huang T, Li J, Lv N, Lu J, Zhang Y
- Publicado en: Frontiers in microbiology
- PMID: 42774381
- DOI: 10.3389/fmicb.2026.1924788
