Epidemiologia molecular, resistência aos antimicrobianos e perfil de virulência de isolados clínicos de Klebsiella pneumoniae resistentes aos carbapenêmicos

dc.contributor.advisor1Schuenck, Ricardo Pinto
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000198255762
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1211608551542058
dc.contributor.authorBorghi, Mirla
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-2884-788X
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1279053509939482
dc.contributor.referee1Teixeira, Carlos Graeff
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000327250061
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0464152494769261
dc.contributor.referee2Rossi, Ciro César
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-3856-0882
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1054546991930547
dc.contributor.referee3Cavalcante, Fernanda Sampaio
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-3542-7031
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4367753122056812
dc.contributor.referee4Palaci, Moises
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000000320136071
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2602694352713051
dc.date.accessioned2024-05-30T01:41:47Z
dc.date.available2024-05-30T01:41:47Z
dc.date.issued2023-05-23
dc.description.abstractCarbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (CRKP) represents a global public health threat as there are limited therapeutic options available to control this pathogen. This study aimed to analyze the antimicrobial resistance, virulence profile and molecular epidemiology of CRKP strains isolated from patients in hospitals from the Metropolitan Region of Greater Vitória, Espírito Santo. The susceptibility profile to antimicrobials was evaluated by agar diffusion and broth microdilution tests. Detection of genes that confer resistance to beta-lactams was performed by the polymerase chain reaction (PCR) technique. The blaKPC insertion region was evaluated using whole genome sequencing (WGS). The virulence genes were detected by PCR and in vivo virulence was analyzed using the Galleria mellonella model. Genetic polymorphism was analyzed using the pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and multilocus sequence typing (MLST) techniques. The blaKPC and different genes that encoding extended-spectrum beta-lactamases (ESBL) were detected in all strains, which were also resistant to multiple drugs (MDR), whilst some were also resistant to last-resort antimicrobials, such as colistin and tigecycline. It was identified through the analysis of the blaKPC insertion region that this gene is mostly transported by the Tn4401 transposon, emphasizing its importance in the dissemination of blaKPC. The Galleria mellonella model showed the presence of CRKP virulent strains in health-related environments and suggests that strains resistant to colistin were associated with greater virulence. The profile of virulence genes was conserved, not correlating to the G. mellonela results, showing that these pathogens' virulence is complex and multifaceted. MLST analysis revealed eight different sequence types (ST11, ST37, ST147, ST340, ST384, ST394, ST437 e ST628), two (ST628 e ST394) being reported for the first time in Brazil. The 2B strain presented a different genetic context compared to the other strains, where Tn4401 was modified with the insertion of the Tn5403 element, providing evidence of a new insertion region of blaKPC-2 in an ST11 strain belonging to the CC258, considered a high-risk clone. In conclusion, this study shows the dissemination of virulent CRKP-MDR strains in hospitals at Greater Vitória and notably the presence of highly-virulent CRKP-MDR ST628 strains, demonstrating that virulent and resistant clones can rapidly arise. Furthermore, it reinforces the importance of the use of genomic tools on the epidemiological vigilance of CRKP, as they can contribute to the understanding of the molecular evolution of these strains, assisting in tracing and controlling its dissemination.
dc.description.resumoKlebsiella pneumoniae resistente aos carbapenêmicos (CRKP) representa uma ameaça à saúde pública global devido às limitadas opções terapêuticas disponíveis para o seu controle. O objetivo deste estudo foi analisar a resistência aos antimicrobianos, o perfil de virulência e a epidemiologia molecular de cepas de CRKP isoladas de pacientes em hospitais da Região Metropolitana da Grande Vitória, Espírito Santo. O perfil de susceptibilidade aos antimicrobianos foi avaliado por meio dos testes de difusão em ágar e microdiluição em caldo. Para a detecção dos genes de resistência aos beta-lactâmicos foi realizada a técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR). A região de inserção do gene blaKPC foi avaliada por meio do sequenciamento completo do genoma (WGS). A presença dos genes de virulência foi verificada por meio de PCR e a virulência in vivo foi analisada utilizando o modelo de Galleria mellonella. O polimorfismo genético foi analisado por meio das técnicas de eletroferese em campo pulsado (PFGE) e tipagem de sequência de multilocus (MLST). O gene blaKPC e diferentes genes que codificam beta-lactamases de espectro estendido (ESBL) foram detectados em todas as cepas, que também foram resistentes a múltiplas drogas (MDR), enquanto algumas incluíam resistência a antimicrobianos de último recurso, como colistina e tigeciclina. Identificamos, por meio da análise da região de inserção do blaKPC, que esse gene foi transportado, principalmente, pelo transposon Tn4401, enfatizando a sua importância na disseminação do blaKPC. O teste usando G. mellonella mostrou a presença de cepas CRKP virulentas no ambiente hospitalar e sugeriu que cepas resistentes à colistina estão associadas a uma maior virulência. O perfil dos genes de virulência foi conservado entre as cepas, não se correlacionando com os resultados obtidos em G. mellonella, mostrando que a virulência desses patógenos é complexa e multifacetada. A análise por meio do MLST revelou oito diferentes tipos de sequências (ST11, ST37, ST147, ST340, ST384, ST394, ST437 e ST628), sendo duas (ST628 e ST394) relatadas pela primeira vez no Brasil. A cepa 2B apresentou a região de inserção do blaKPC diferente das demais, onde o Tn4401 foi modificado com a inserção do elemento Tn5403, fornecendo evidências de uma nova região de inserção do blaKPC-2 em uma cepa ST11 pertencente ao CC258, considerado um clone de alto risco. Em conclusão, este estudo demonstrou a disseminação de cepas CRKP-MDR virulentas em hospitais da Grande Vitória, com destaque para a presença de cepas CRKP-MDR do ST628 altamente virulentas, mostrando que clones virulentos e resistentes podem emergir. Além disso, reforçou a importância do uso de ferramentas genômicas para a vigilância epidemiológica da CRKP, pois estas podem contribuir para o entendimento da evolução molecular dessas cepas, auxiliando no rastreamento e controle de sua disseminação.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16897
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Doenças Infecciosas
dc.publisher.departmentCentro de Ciências da Saúde
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Doenças Infecciosas
dc.rightsopen access
dc.subjectKlebsiella pneumoniae resistente aos carbapenêmicos
dc.subjectKPC
dc.subjectGalleria mellonella
dc.subjectVirulência
dc.subjectColistina
dc.subjectClones de alto risco
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqDoenças Infecciosas e Parasitárias
dc.titleEpidemiologia molecular, resistência aos antimicrobianos e perfil de virulência de isolados clínicos de Klebsiella pneumoniae resistentes aos carbapenêmicos
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis

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