Estudo do contexto genético de Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae OXA-48 positivas

Abstract

O período entre os anos 40 e 70 foi crucial no combate a doenças e foi nesse espaço temporal que diversas classes de antibióticos foram descobertas. Este “boom” de novos antibióticos ofereceu a esperança de que as doenças infeciosas passariam a ser fáceis de combater. O surgimento de multiresistência e a rápida disseminação de genes de resistência através de transferência horizontal de genes são hoje um dos grandes desafios que a Humanidade enfrenta. Dentre os mecanismos de resistência a antibióticos, a degradação de carbapenemos, que constituem antibióticos de último recurso, por carbapenemases representam alguns desafios terapêuticos. A OXA-48 é uma carbapenemase que atualmente se encontra disseminada mundialmente, sendo mais endémica na região mediterrânica. O facto desta β-lactamase ser codificada num plasmídeo conjugativo tem facilitado a sua disseminação. Duas estirpes de espécies diferentes, uma Escherichia coli e uma Klebsiella pneumoniae, ambas produtoras de OXA-48, foram isoladas de um mesmo paciente e mesmo produto biológico. Este trabalho pretendeu caracterizar o ambiente genético do gene blaOXA-48, assim como caracterizar geneticamente as estirpes clínicas, nomeadamente ao nível do seu resistoma. Foram utilizadas técnicas de extração e digestão de DNA, transformação, transconjugação, PCR e sequenciação e análise de genomas. Foi possível confirmar que o gene blaOXA-48 é transportado por um plasmídeo (pPTOXA-48) conjugativo em ambas as estirpes e que estará muito provavelmente associado ao Tn1999.1 ou Tn1999.2, como é frequente. A sequenciação de genomas permitiu concluir que a E. coli possuirá, pelo menos mais um plasmídeo (replicão IncFII). Esta estirpe faz parte da ST38 e possui outro gene de uma β-lactamase, especificamente uma cefalosporinase. Identificou-se ainda que o seu DNA resistiu à digestão com NotI, o que está normalmente associado a estirpes causadoras de infeção do trato urinário. A estirpe clínica de K. pneumoniae possuirá um plasmídeo do tipo IncFIB(K) e pertence a um grupo ST não identificando abundantemente (ST1198). Esta estirpe possui ainda um gene blaSHV-11 e blaSHV-40 . Concluiu-se que é altamente possível que as duas estirpes tenham partilhado o pPTOXA-48 através de transferência horizontal de genes in vivo, como já foi comprovado que acontece em modelos de larvas de Galleria mellonella.

The period spanning from the 1940s to the 1970s played a pivotal role in the battle against diseases, as it witnessed the discovery of several classes of antibiotics. This boom in new antibiotics offered hope that infectious diseases would become easier to fight. The emergence of multiresistance and the rapid spread of resistance genes through horizontal gene transfer is one of the major challenges of Humanity. Among the various mechanisms of antibiotic resistance, the degradation of carbapenems, which are considered antibiotics of last resort, by carbapenemases, poses significant therapeutic challenges. OXA-48, a globally prevalent carbapenemase, is particularly endemic in the Mediterranean region. The fact that this β-lactamase is encoded on a conjugative plasmid has facilitated its spread. Notably, two strains from distinct species, Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae, both OXA-48 producers, were isolated from the same patient and biological sample. This study was conducted to characterize the genetic environment of the blaOXA-48 gene s well as to genetically characterize the clinical strains, namely in terms of their resistome. A combination of techniques, including DNA extraction, digestion, transformation, transconjugation, PCR, genome sequencing, and analysis, were employed in this study. It was possible to confirm that the blaOXA-48 gene is carried by a conjugative plasmid (pPTOXA-48) in both strains with a likely association with Tn1999.1 or Tn1999.2, as is commonly observed. Genome sequencing revealed that the E. coli strain harbors at least one additional plasmid (IncFII replicon). This strain, belonging to ST38, carries another β-lactamase gene, specifically a cephalosporinase. Notably, its DNA exhibited resistance to digestion with NotI, a characteristic often linked to strains causing urinary tract infections. In the case of the clinical K. pneumoniae strain, it is likely to carry an IncFIB(K) plasmid and it was determined that it belongs to ST that is not abundantly identified (ST1198). This strain also possesses both blaSHV-11 and blaSHV-40 genes. It was concluded that it is highly possible that the two strains shared pPTOXA-48 through horizontal gene transfer in vivo, as has been shown to occur using models of Galleria mellonella larvae.