Systems Biology Approach for Identifying Adaptive and Conditionally Essential Escherichia coli Genes in Response to Different Stressors / By Eman Kamal Abd ElWahed Abou ElHassan; Under the supervision of Nayera Ahmed Moneib; Ramy Karam Aziz.

Thesis (Ph.D)-Cairo University,2023.

Bibliography: p. 111-133.

المستخلص العربى تعتبر وسائل الاستجابة للإجهاد بمثابة طوق نجاة للبكتيريا تساعدها على التأقلم ومواصلة وظائفها الحيوية وسط الظروف البيئية القاسية ومناعة العائل المضيف. وبالتالي، فإن قابلية البكتيريا للتأقلم مع المؤثرات الخارجية قد تؤدي إلى تطور مقاومتها للمضادات الحيوية أو زيادة فَوْعتها، مما يهدد صحة الإنسان. وعلى الرغم من استخدام عشرات من الدراسات المنهج التجريبي الاختزالي لدراسة الجينات المحددة للاستجابة لإجهاد أو منهج بيولوجيا الأنظمة لدراسة مجموع الجينات المشاركة في التأقلم على ظروف إجهاد منفردة، إلا أنّ معرفتنا بالجينات المضطلعة بالاستجابة لضغوط متعددة لا تزال محدودة. وبالتالي، فقد اتّبعت هذه الدراسة منهج بيولوجيا الأنظمة سواء بالتحليل الحاسوبي أو التجارب المعملية. أولًا، تم بتحليل مئات مجموعات البيانات الخاصة بمستوى التعبير الجيني لبكتيريا الإشريكية القولونية في ظروف إجهاد مختلفة و تم استخدام ترتيبًا مئويًا لمستويات تعبير الچينات. معمليًا، تم اعتماد تقنية مسح مكتبة متحورات ترانسبوسونية مسحًا على مستوى الجينوم، حيث تم إدراج الترانسبوسون عشوائيًا لإنشاء متحورات متعددة يمكن اختبارها لتحديد الجينات والمسارات الرئيسية المشاركة في تحمل الإجهاد للإشريكية القولونية، كنموذج للاستجابة البكتيرية لـضغوط متعددة. جاءت نتائج التقنيات المذكورة أعلاه كما يلي: عن طريق فحص النسخ الجيني للإشريكية القولونية K12 MG1655 تحت ثمانية أنواع من الضغوط (الحرارة والبرودة وانخفاض الأس الهيدروجيني وارتفاعه، والإجهاد الأسموزي والتأكسدي والنتري، إلى جانب التعرض للمضادات الحيوية). وكشفت الدراسة أن مجموع الجينات التي يتغير مستوى التعبير عنها بفعل الضغوط سالفة الذكر تتداخل بين الدراسات الخاصة بكل عامل إجهاد وبين الاجهادات المختلفة: فعادةً ما يحدث تثبيط التعبير عن الجينات المرتبطة بوظائف المسارات الأيضية التي تتطلب الطاقة ونقل الجزيئات والحركة، للحفاظ على الطاقة، بينما يتم حث التعبير عن الجينات المتعلقة بالبقاء والاستجابة المباشرة للإجهاد، وتشكيل الأغشية الحيوية، وإصلاح الحمض النووي بشكل أساسي. وقد أشارت نتائج الدراسة إلى زيادة نسخ ١٨ جينًا ذوي وظائف غير معروفة استجابةً للضغوط المتعددة، مما يشير إلى إمكانية قيامها بدور غير معروف مسبقًا في الاستجابة للإجهاد. إجمالًآ، باستخدام الترتيب المئوي لتقليل تأثير الاختلافات بين بيانات الخاصة بالنسخ الجيني، تم تحديد مجموعة من جينات ومسارات استجابة الإجهاد لدى الإشريكية القولونية، وهذه الجينات يمكن أن تُستهدف مستقبلًا للتغلب على مقاومة المضادات الحيوية أو مقاومة الأدوية المتعددة. أما عن الدرساات المعملية لمسح مكتبة المتحورات الترانسبوسونية في ظروف انخفاض الأس الهيدروجيني وارتفاعه، والإجهاد الأسموزي والتأكسدي، فقد أظهرت أن إدراج الترانسبوزون في واحد من ثلاث جينات tolB و evgA و gcvA أثر على لياقتها الحيوية. تمكن المتحور الذي ينقصه جين tolB من تحمل تركيز أعلى من بيروكسيد الهيدروجين مقارنة بالسلالة الأصلية، في حين كان المتحور الذي ينقصه جين evgA حساسًا للأس الهيدروجيني المرتفع، وهو أمر يحتاج المزيد من التجارب المعملية. كما كشف ظهور المتحور الذي ينقصه جين gcvA في كل من نتائج فحص المعلوماتية الحيوية ومسح متحورات إدراج الترانسبوسون الدور متعدد الجوانب لـ GcvA في الاستجابة العامة للإجهاد. لذلك، فإن الجمع بين كلا المنهجين سيعزز استنباط آليات تأقلم البكتيريا وتحملها للإجهاد، مما قد يساعد على التغلب على المقاومة الميكروبية.