Evaluation of a new molecular typing strategy of Pseudomonas aeruginosa

Abstract

Pseudomonas aeruginosa is the third leading cause of hospital acquired infection in intensive care unit (ICU) patients. This microorganism holds responsibility in a high number of nosocomial infections and their severity. Because it is ubiquitous in the environment and also constitutes the endogenous microbiota of hospitalized patients, there is a need to use powerful molecular typing methods to establish clonal relationships between individual isolates. Double Locus Sequence Typing (DLST) has recently been used in the analysis of P. aeruginosa strains relatedness, proving to be efficient, easy, and also reducing the working time and costs of analysis. Another typing technique called Double Digest Sequence Label (DDSL) had also been reported in the molecular study of this microorganism. A higher discriminatory power makes DDSL a putative typing complement to resolve DLST clusters in specific situations. From 2010 to 2012, an increase in P. aeruginosa infections incidence was observed in the ICUs of the Lausanne University Hospital, Switzerland. During this period, 689 isolates were retrieved from 254 patients. All isolates were analyzed with DLST and grouped in 46 DLST clusters, from which 4 clusters were further investigated in this study (cluster 1_18, 1_21, 6_7 and 28_77). These 4 clusters were retrospectively typed with the DDSL method to verify if an improved discrimination of isolates could be achieved. To do so, a first DDSL optimization step was performed, which resulted in good quality fingerprinting profiles. However, a quantitative analysis of the results using BioNumerics software was not possible. Visual comparison of DDSL fingerprinting patterns within each cluster allowed the formation of different DDSL types, but not the determination of bands differences between them. Epidemiological data showed that contamination of humid environments probably played an important role in the dissemination of P. aeruginosa strains in this outbreak. Comparison of epidemiological and molecular information showed that most of undistinguishable DDSL types were epidemiologically linked, leading to the assumption that patient-to-patient transmission should be highly suspected, as seen for cluster 1_18. Nevertheless, strain evolution should be considered when studying a long period outbreak. In conclusion, this new typing strategy of P. aeruginosa allowed the acquisition of a general picture about this outbreak’s epidemiology. Nevertheless, the DDSL is a technically complex, time consuming and subjective technique, not efficient to be use for epidemiological investigation purposes.

Pseudomonas aeruginosa é a terceira causa de infeção adquirida em hospitais, em pacientes hospitalizados em unidades de cuidado intensivo (UCIs). Este microrganismo é responsável por um elevado número de doenças nosocomiais, e pelo sua gravidade. Uma vez que é ubíquo no ambiente e também constitiu a microbita endógena de pacientes hospitalizados, existe a necessidade de utilizar métodos de tipagem molecular eficientes no estabelecimento de relações clonais entre isolados. Double Locus Sequence Typing (DLST) tem sido usado recentemente na análise de relações clonais entre estirpes de P. aeruginosa, provando ser eficaz, fácil, e reduzindo também o tempo de manipulação e custos de análise. Outra técnica de tipagem chamada Double Digest Sequence Label (DDSL) foi também descrita no estudo molecular deste microrganismo. Um elevado poder discriminatório torna DDSL num complemento putativo à tipagem para resolver clusters de DLST em situações específicas. De 2010 a 2012 observou-se um aumento da incidência de infeções por P. aeruginosa nas UCIs do Hospital Universitário de Lausana, na Suíça. Durante este período, 689 isolados foram recolhidos de 254 pacientes. Todos os isolados foram analisados com DLST e agrupados em 46 DLST clusters, dos quais 4 clusters foram posteriormente investigados neste estudo (cluster 1_18, 1_21, 6_7 e 28_77). Estes 4 clusters foram retrospectivamente tipados com o método DDSL para verificar se se poderia alcançar uma melhor discriminação dos isolados. Para isso, um primeiro passo de optimização de DDSL foi realizado, o qual resultou em perfis de fingerprinting de boa qualidade. Contudo, a análise quantitativa dos resultados usando o software BioNumerics não foi possível. A comparação visual dos perfis de fingerprinting de DDSL para cada cluster permitiu a formação de diferentes tipos de DDSL, mas não a determinação de bandas diferentes entre os mesmos. Os dados epidemiológicos mostraram que a contaminação de ambientes húmidos provavelmente desempenhou um papel importante na disseminação de estirpes de P. aeruginosa neste surto. Comparação de informação epidemiológica e molecular mostrou que a maioria dos tipos de DDSL não distinguíveis estavam epidemiologicamente ligados, levando à suposição de que a transmissão paciente-para-paciente deveria ser altamente considerada, como visto para o cluster 1_18. No entanto, a evolução da estirpe deve ser considerada aquando do estudo de um surto de longa duração. Concluindo, esta nova estratégia de tipagem de P. aeruginosa permitiu obter uma imagem geral acerca da epidemiologia deste surto. Todavia, DDSL é um método tecnicamente complexo, demorado e subjectivo, não eficiente para ser usado para fins de investigação epidemiológica.