Diversidad plasmídica en cepas de Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae : Comparación entre aislados comensales y clínicos

Els plasmidis són molècules d’ADN circular extracromosòmiques amb capacitat de replicació autònoma i, són descrits com els principals promotors de la disseminació de gens de resistència a antimicrobians. Escherichia coli i Klebsiella pneumoniae, són freqüents agents causals d’infeccions, importants pel seu caràcter multirresistent. En aquests bacteris, les betalactamases constitueixen un dels mecanismes de resistència més difosos mitjançant plasmidis. Mitjançant l’estudi i comparació del contingut plasmídic en bacteris d’individus sans i de pacients, l’objectiu va ser determinar les diferències o similituds d’aquests plasmidis entre les dues poblacions, per tal d’inferir en el seu origen i evolució en els soques causants d’infecció. Per a això, es van aïllar soques d’E. coli (n = 244) i K. pneumoniae (n = 115) de 150 mostres fecals d’individus sans i de 202 pacients amb bacterièmia. Es va realitzar un estudi de sensibilitat a antimicrobians mitjançant disc difusió, es van identificar les soques multirresistents i es van caracteritzar, per PCR i seqüenciació, els gens codificants de BLEE, AmpC i carbapenemases. L’estudi de plasmidis es va realitzar utilitzant la tècnica de PBRT i, es van subtipificar els plasmidis IncF, IncI1 i IncN mitjançant pMLST per a la seva diferenciació dins d’un mateix grup d’incompatibilitat. La localització dels gens de resistència i la definició de la fórmula FAB dels plasmidis IncF, es va realitzar mitjançant la tècnica de Southern-blot i hibridació. Un 29,2% de les soques de mostra clínica front d’un 10,8% en individus sans van resultar multirresistents. La prevalença de soques d’E. coli clíniques productores de BLEE va ser de 17,2% i 5% d’AmpC i, en K. pneumoniae, de 16,5% i 1%, respectivament, a més a més d’un 1,9% de carbapenemases . D’altra banda, es va observar una prevalença del 4,7% de portadors sans d’E. coli productores de BLEE i un 2,7% d’AmpC. Ambdues poblacions han sofert un augment en la detecció de soques productores d’aquests enzims sent també, en ambdós casos, la CTX-M-15 i la CMY-2 les betalactamases més freqüents. Els resultats del PBRT van mostrar com el contingut plasmídic de les dues poblacions seguia una mateixa tendència sense diferències significatives destacables. L’excepció es va observar en els replicons L, M, A/C i N, els quals només es van detectar en les soques de mostra clínica. A més, alguns d’aquests plasmidis amb replicó L o N van ser detectats en associació a gens blaBLEE. La subtipificació dels plasmidis, ens va permetre observar l’existència d’una gran diversitat de secuenciotips dins d’un mateix grup d’incompatibilitat. Dins dels plasmidis IncI1 es va observar una gran diferència entre els ST identificats en les soques d’individus sans i pacients. Només els ST12 i ST36 es van identificar en ambdues poblacions d’E. coli, i tots els ST12 en associació amb el gen blaCMY-2. Per contra, tot i que també es va detectar una gran diversitat de RST entre els plasmidis IncF, aquells detectats amb més freqüència, van estar presents en ambdues poblacions i, no es va identificar cap fórmula FAB destacable per la seva associació a gens bla. En conclusió, el contingut plasmídic en la població de soques clíniques és un reflex del contingut en soques d’individus sans però, certs plasmidis, només es detecten en soques causants d’infecció, suggerint una millor adaptació a ambients sotmesos a pressió selectiva. Secuenciotips IncI1 com el ST12, poden ser considerats plasmidis epidèmics per la seva alta prevalença i freqüència en associació amb gens blaCMY-2. En canvi, els plasmidis IncF semblen haver adquirit diferents gens de resistència a antimicrobians de forma aleatòria, suggerint que tota la família de plasmidis IncF és potencialment susceptible a adquirir i disseminar gens de resistència. Los plásmidos son moléculas de ADN circular extracromosómicas con capacidad de replicación autónoma y, se describen como principales promotores de la diseminación de genes de resistencia a antimicrobianos. Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae, son frecuentes agentes causales de infecciones, importantes por su carácter multirresistente. En estas bacterias, las betalactamasas constituyen uno de los mecanismos de resistencia más difundidos mediante plásmidos. Mediante el estudio y comparación del contenido plasmídico en bacterias de individuos sanos y de pacientes, el objetivo fue determinar las diferencias o similitudes de estos plásmidos entre ambas poblaciones, con el fin de inferir en su origen y evolución en las cepas causantes de infección. Para ello, se aislaron cepas de E. coli (n=244) y K. pneumoniae (n=115) de 150 muestras fecales de individuos sanos y de 202 pacientes con bacteriemia. Se realizó un estudio de sensibilidad a antimicrobianos mediante disco difusión, se identificaron las cepas multirresistentes y se caracterizó, por PCR y secuenciación, los genes codificantes de BLEE, AmpC y carbapenemasas. El estudio de plásmidos se realizó utilizando la técnica de PBRT y, se subtipificaron los plásmidos IncF, IncI1 e IncN mediante pMLST para su diferenciación dentro de un mismo grupo de incompatibilidad. La localización de los genes de resistencia y la definición de la fórmula FAB de los plásmidos IncF, se realizó mediante la técnica de Southern-blot e hibridación. Un 29,2% de las cepas de muestra clínica frente a un 10,8% en individuos sanos resultaron multirresistentes. La prevalencia de cepas de E. coli clínicas productoras de BLEE fue de 17,2% y 5% de AmpC y, en K. pneumoniae, de 16,5% y 1%, respectivamente, además de un 1,9% de carbapenemasas. Por otro lado, se observó una prevalencia del 4,7% de portadores sanos de E. coli productoras de BLEE y un 2,7% de AmpC. Ambas poblaciones han sufrido un aumento en la detección de cepas productoras de estas enzimas siendo también, en ambos casos, la CTX-M-15 y la CMY-2 las betalactamasas más frecuentes. Los resultados del PBRT mostraron como el contenido plasmídico de ambas poblaciones seguía una misma tendencia sin diferencias significativas destacables. La excepción se observó en los replicones L, M, A/C y N, los cuales solo se detectaron en las cepas de muestra clínica. Además, algunos de estos plásmidos con replicón L o N fueron detectados en asociación a genes blaBLEE. La subtipificación de los plásmidos, nos permitió observar cómo dentro de un mismo grupo de incompatibilidad existe una gran diversidad de secuenciotipos. Dentro de los plásmidos IncI1 se observó una gran diferencia entre los ST identificados en las cepas de individuos sanos y pacientes. Solo los ST12 y ST36 se identificaron en ambas poblaciones de E. coli, y todos los ST12 en asociación con el gen blaCMY-2. Por el contrario, a pesar de que también se detectó una gran diversidad de RST entre los plásmidos IncF, aquellos detectados con mayor frecuencia, estuvieron presentes en ambas poblaciones y, no se identificó ninguna fórmula FAB destacable por su asociación a genes bla. En conclusión, el contenido plasmídico en la población de cepas clínicas es un reflejo del contenido en cepas de individuos sanos, pero hay ciertos plásmidos, que solo se detectan en cepas causantes de infección, sugiriendo una mejor adaptación a ambientes sometidos a presión selectiva. Secuenciotipos IncI1 como el ST12 pueden ser considerados plásmidos epidémicos por su alta prevalencia y frecuencia en asociación con genes blaCMY-2. En cambio, los plásmidos IncF parecen haber adquirido distintos genes de resistencia a antimicrobianos de forma aleatoria, sin ningún RST destacable por ello; sugiriendo que toda la familia de plásmidos IncF es potencialmente susceptible a adquirir y diseminar genes de resistencia. Plasmids are extracromosomal circular DNA molecules that can replicate autonomously. They are globally described as primary promoters for the dissemination of antimicrobial resistance genes. Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae have been described as critical propriety microorganisms due to their increasing detection as multiresistant bacteria. In these bacteria, beta-lactamases constitute one of the most disseminated resistance-providing mechanisms through plasmids. Through the study and comparison of the plasmid content in the commensal microbiota from healthy individuals and patients with bacteriemia, the aim was to determine the differences and similarities of the plasmid content between these two populations, with the purpose to shed light on the origin and evolution of bacteria-causing infection. To achieve that goal, E. coli (n=244) and K. pneumoniae (n=115) strains from 150 faecal samples from healthy individuals and 202 patients with bacteraemia where isolated. An antimicrobial susceptibility testing was performed through the disc diffusion technique, the multiresistant strains were identified and, the blaESBL, blaAmpC and blacarbapenemase genes were characterised by PCR and sequencing approaches. The plasmid study was performed by using the PBRT technique. Plasmids IncF, Incl1 and IncN plasmids, were subtyped by pMLST, to differentiate each of them within the same incompatibility group. The location of the resistance genes was performed by using the Southern blot and hybridisation techniques. The same methodology was used to generate the FAB formula of the IncF plasmids. From the clinical samples, 29.2% of the strains turned out to be multiresistant against 10.8% from healthy individuals. The prevalence of clinical ESBL-producing and AmpC-producing E. coli strains was 17.2% and 5%, respectively. The prevalence of clinical ESBL-producing, AmpC-producing and carbapenemase-producing K. pneumoniae strains was 16.5%, 1% and 1.9%, respectively. Furthermore, 4.7% of the healthy individuals were carriers of ESBL-producing E. coli and 2.7% were carriers of AmpC-producing E. coli. Both populations have suffered an increased detection of strains that produce those enzymes and, in both cases, the beta-lactamases CTX-M-15 and CMY-2 were the most frequent. The PBRT results showed how the plasmid content in both populations kept the same trend without significant differences. The exception was observed in the replicons L, M, A/C and N, which were only detected in strains from clinical samples. What is more, some of these plasmids with L or N repliclon were detected in association with blaESBL genes. The plasmid subtyping, allowed us to observe a great diversity of sequence types (ST) within the same group of incompatibility. Within the Incl1-plasmids, a huge difference between the identified ST in healthy individuals and patient strains was observed. Only ST12 and ST36 were identified in both populations of E. coli. Noticeably, all the ST12 were found in association with the blaCMY-2 gene. In contrast, even though a great diversity of RSTs was detected within the IncF plasmids, those detected at higher rates were present in both populations. Furthermore, no formula was distinguishable by its association with bla genes. In conclusion, the replicon content of clinical strains mirrored that of comensal strains. Nevertheless, there are certain plasmids only detected in infection-causing strains, suggesting a better adaptation to an enviroment subjected to selective presure. IncI1 sequencetypes such as ST12 can be considered epidemic plasmids due to their high prevalence and frequency in association with blaCMY-2. On the other hand, the IncF plasmids have acquired multiple antimicrobial resistace genes randomly, with no evidence that the persitance of a single IncF is responsible for their dissemination. Therfore, the entire IncF family of plasmids is potentially capable of acquiring and propagating resitance genes. Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Microbiologia