Tese de doutoramento, Biologia (Genética), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Genetic interactions, both between genetic material and between this and the surrounding environment of a given individual are important factors for understanding the process of evolution of natural populations. The study of this interactions as well as their integration in evolutionary terms may have several applications such as, for example, understanding the observed prevalence of antibiotic resistance in natural populations. In this thesis the patterns of genetic interactions between multiple-resistances to antibiotics were explored. In particular, epistasis and genotype-by-environment interactions operating among antibiotic resistances were studied. To measure levels of epistasis occurring between multiple-antibiotic-resistances in the complete absence of antibiotics, mutants resistant to three antibiotics commonly used in clinic were first generated: nalidixic acid, rifampicin and streptomycin. With these mutants double resistant mutants were created. By measuring the costs of each mutation individually and jointly the type of epistasis operating between different sets of resistance mutations was determined. The cost of double resistance was majorly lower than expected, revealing the presence of positive epistasis between mutations conferring resistance to the studied antibiotics. The same patterns were observed for interactions between a set of resistance mutations and conjugative plasmids with multiple-resistance factors. However, in this case, extreme cases of positive epistasis coined sign epistasis were observed for a large fraction of combinations. This type of interactions was also observed in the previous study yet less frequently. Naturally occurring bacteria are often faced with a multitude of environments. The action of environmental changes in the effects of antibiotic resistance mutations was studied for a group of mutations resistant to four antibiotics in three environments differing in the CHAPTER I viii number of comprised environmental stresses. This study revealed, for most cases, a strong pattern of interactions between the different genotypes and the environment.As interacções genéticas, quer entre material genético quer entre este e o ambiente que rodeia um determinado organismo, são factores importantes para entender o processo de evolução de populações naturais. O estudo destas interacções bem como a sua integração em termos evolutivos pode ter diversas aplicações tais como, por exemplo, a compreensão da prevalência da resistência a antibióticos observada em populações naturais. Nesta tese exploraram-se os padrões de interacções genéticas entre múltiplas resistências a antibióticos nomeadamente, epistasia e as interacções genótipo-ambiente que ocorrem em resistências a antibióticos. Para medir os níveis de epistasia entre múltiplas resistências a antibióticos na ausência dos mesmos, foram construídos mutantes resistentes a três antibióticos vulgarmente usados em clínica: ácido nalidíxico, rifampicina e estreptomicina. Com estes mutantes foram gerados duplos mutantes. Medindo os custos de cada uma das mutações individualmente e em conjunto determinou-se o tipo de epistasia a operar entre diferentes conjuntos de mutações de resistência. O custo da dupla resistência foi maioritariamente menor do que o esperado, revelando a presença de epistasia positiva entre mutações que conferem resistência aos antibióticos estudados. Os mesmos padrões foram observados para interacções entre um conjunto de mutações que conferem resistência e plasmídeos conjugativos com múltiplos factores de resistência. No entanto, neste caso, foram observados numa larga fracção de combinações casos extremos de epistasia positiva denominados epistasia de sinal, situação também observada anteriormente mas em menor frequência. Na natureza, as bactérias enfrentam frequentemente uma multiplicidade de ambientes. A acção das alterações ambientais nos efeitos das mutações que conferem resistência a antibióticos foi CHAPTER I x estudada num grupo de mutações resistentes a quatro antibióticos em três ambientes que diferem no número de factores ambientais prejudiciais comportados por cada um. Este estudo revelou, para a maioria dos casos, um forte padrão de interacções entre os vários genótipos e o ambiente.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, SFRH/BD/40162/2007
