Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26573
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo molecular de clones de alto risco de Klebsiella pneumoniae produtoras de carbapenemase do tipo KPC resistentes a colistina
Alternate title (s): Molecular study of high-risk clones of colistin resistant Klebsiella pneumoniae KPC-producing strains
Author: Ferreira, Melina Lorraine
First Advisor: Ribas, Rosineide Marques
First member of the Committee: Brito, Cristiane Silveira
Second member of the Committee: Silva, Elisângela de Almeida
Third member of the Committee: Aires, Caio Augusto Martins
Fourth member of the Committee: Freitas, Guilherme Ramos O. de
Summary: O surgimento de cepas de Klebsiella pneumoniae resistentes aos carbapenêmicos e polimixinas é uma ameaça ao tratamento antimicrobiano. Neste estudo, nós investigamos as bases moleculares da resistência a colistina em 23 cepas de Klebsiella pneumoniae produtoras de carbapenemase do tipo KPC (KP-KPC), de colonização e infecção, provenientes de um surto ocorrido em um hospital público de ensino no Brasil. Utilizou-se a análise do sequenciamento completo do genoma para determinar os mecanismos de resistência a colistina, em uma cepa representante de cada clone, determinado a partir da técnica de Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE). Adicionalmente, foram realizadas análises genotípicas a partir da Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) para os seguintes genes de resistência (blaKPC, blaCTX-M, blaNDM, blaIMP, blaVIM, mcr-1) e virulência (fimH, fimA, wabG, iucC, Khe, ecpA, entB, iutA, mrkD, rmpA, kfU, ybtS, allS) e experimentos fenotípicos para avaliar a capacidade de formação de biofilme (ensaio de adesão, quantificação de células viáveis e formação de biofilme) e a característica de hipermucoviscosidade (string test). O estudo evidenciou dados preocupantes quanto ao consumo de antibióticos, principalmente de cefalosporinas de amplo espectro, carbapenêmicos e polimixinas o que pode estar relacionado com a emergência de cepas de KP-KPC resistentes a colistina. No total, foram identificados cinco padrões de perfis clonais com a maioria das cepas pertencentes ao clone A (82,6%). O estudo de clonalidade evidenciou também que a maioria das infecções recorrentes foram causadas pela mesma cepa que estava previamente colonizando ou infectando, e demonstrou-se a capacidade de múltiplos clones coexistir no mesmo paciente. Entre as amostras sequenciadas (N = 4, clones A, B, C e D), foram observados diferentes sequence types (STs: ST11, ST37, ST340 e ST1484). Foi possível observar um resistoma complexo com frequências elevadas de genes de resistência e virulência, e juntamente com testes fenotípicos foi documentada a presença de cepas altamente virulentas, sendo uma também hipermucoviscosa. De modo geral, elas foram produtoras de biofilme, independentemente da resistência a colistina, perfil clonal e o sítio de isolamento, aumentando a sua persistência e dificultando a erradicação. Pela primeira vez no Brasil, foi identificado um fragmento de 3.055 pares de base inserido no gene mgrB, composto pela sequência de inserção ISEcp1 e o gene blaCTX-M-15 na cepa 40KPC (representativa do clone dominante A) o que resultou em resistência adquirida concomitantemente as cefalosporinas de amplo espectro e colistina. O sequenciamento do genoma permitiu a identificação de uma espécie caracterizada como Klebsiella quasipneumoniae subsp. similipneumoniae, altamente virulenta, hipermucoviscosa e resistente a colistina, que pode ser outro importante reservatório de genes de resistência. Os aspectos apresentados aqui, reforçam K. pneumoniae como um patógeno bem-sucedido em causar infecções, resultando na sua rápida expansão e persistência em ambientes hospitalares. A detecção rápida de amostras resistentes aos carbapenêmicos e colistina, aliados a implementação de medidas mais eficazes de controle de infecção, são de importância crucial para evitar a disseminação de clones de alto risco de KP-KPC resistentes a colistina, como evidenciados nesse estudo.
Abstract: The emergence of Klebsiella pneumoniae strains resistant to carbapenems and polymyxins (polymyxin B and colistin) is a threat to antimicrobial treatment. In this study, we investigated the molecular basis of colistin resistance in 23 Klebsiella pneumoniae KPC-producing strains (KPC-KP), of colonization and infection, from an outbreak that occurred in a public teaching hospital in Brazil. Whole genome sequencing (WGS) analysis was used to determine the mechanisms of resistance to colistin in a representative strain of each clone determined from the Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE) technique. In addition, genotype analyzes were performed from the Polymerase Chain Reaction (PCR) for the following resistance genes (blaKPC, blaCTX-M, blaNDM, blaIMP, blaVIM and mcr-1) and virulence (fimH, fimA, wabG, khe, ecpA, entB, iutA, mrkD, rmpA, kfu, ybtS and allS) and phenotypic experiments to evaluate the biofilm formation capacity (adhesion assay, viable cell quantification and biofilm formation) and the hypermucoviscosity (string test). This study evidenced concerns regarding the use of antibiotics, mainly broad-spectrum cephalosporins, carbapenems and polymyxins, which may be related to the emergence of colistin-resistant KPC-KP strains. In total, five patterns of clonal profiles were identified with most strains belonging to clone A (82.6%). The clonality study also showed that most recurrent infections were caused by the same strain that was previously colonizing or infecting, and was demonstrated the ability of multiple clones to coexist in the same patient. Among the sequenced strains (N = 4, clones A, B, C and D) different sequence types were observed, (STs: ST11, ST37, ST 340 and ST 1484). It was possible to observe a complex resistome with high frequencies of resistance and virulence genes , and together with phenotypic tests was documented the presence of highly virulent strains, being one also hypermucoviscous. In general, the strains were biofilm producers, regardless of colistin resistance, clonal profile and isolation site, increasing their persistence and making difficult eradication. For the first time in Brazil, a fragment of 3,055 base pairs inserted in the mgrB gene, composed of the insertion sequence ISEcp1 and the gene blaCTX-M-15 in the 40KPC strain (representative of the dominant clone A) was identified, which resulted in acquired resistance concomitantly with broad-spectrum cephalosporins and colistin. The WGS allowed the identification of a species characterized as Klebsiella quasipneumoniae subsp. similipneumoniae, highly virulent, hypermucoviscous and colistin-resistant, which may be another important reservoir of resistance genes. The aspects presented here reinforce K. pneumoniae as a successful pathogen in causing infections, resulting in its rapid expansion and persistence in hospital settings. Rapid detection of carbapenem and colistin-resistant strains, together with the implementation of effective infection control measures, are crucial important in preventing the dissemination of high-risk clones of KP-KPC resistant to colistin, as evidenced in this study.
Keywords: Klebsiella pneumoniae produtoras de KPC
Resistência a colistina
Virulência
Orodução de biofilme
Imunologia
Klebsiella pneumoniae KPC-producing
Resistance to colistin
Virulence
Biofilm production
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Imunologia e Parasitologia Aplicadas
Quote: FERREIRA, Melina Lorraine. Estudo molecular de clones de alto risco de Klebsiella pneumoniae produtoras de carbapenemase do tipo KPC resistentes a colistina. 2019. 113 f. Tese (Doutorado em Imunologia e Parasitologia Aplicadas) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2237
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2237
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26573
Date of defense: 16-Jul-2019
Appears in Collections:TESE - Imunologia e Parasitologia Aplicadas

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
EstudoMolecularClones.pdfTese2.07 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons