Clonal epidemiology and antimicrobial resistance in pseudomonas aeruginosa chronic respiratory infectionsinterpatient transmission and resistome evolution of an international cystic fibrosis clone

Resumen

La infección respiratoria crónica por P. aeruginosa es la principal causa de morbilidad y mortalidad en pacientes con fibrosis quística (FQ). Durante la progresión desde la infección temprana a la colonización crónica, P. aeruginosa experimenta un complejo proceso adaptativo y de diversificación que resulta en una población heterogénea y persistente en la que la aparición de resistencias a los antibióticos comprometen la selección de terapias apropiadas. En este trabajo se investigó la interacción entre tres aspectos microbiológicos clave de estas infecciones: la presencia de cepas transmisibles y persistentes, la aparición de variantes con tasas de mutación incrementadas y la evolución de la resistencia a los antibióticos. La epidemiología clonal, los perfiles de sensibilidad antibiótica, la contribución de los mecanismos clásicos de resistencia de P. aeruginosa y el papel de las variantes hipermutadoras se estudiaron en dos grandes colecciones de aislados procedentes de pacientes con fibrosis quística de las Islas Baleares y España. Asimismo, mediante secuenciación de genoma completo, se determinó la filogenia, diseminación interpaciente, evolución intrapaciente, genotipo hipermutador y resistoma de una colección de aislados clonales pertenecientes al complejo clonal 274 (CC274), proviniendo dichos aislados de dos países muy distantes, Australia y España, y cubriendo un período de 18 años. Finalmente, dada la relevancia de los aminoglucósidos en el manejo de estos pacientes, se estudió la dinámica del desarrollo de resistencia a aminoglucósidos in vitro mediante secuenciación de genoma completo. A pesar de encontrarse discrepancias entre los métodos de genotipado molecular, se documentó un alto grado de diversidad genética en las colecciones de las Islas Baleares y España, siendo escasa la representación de cepas epidémicas. No obstante, por primera vez en España, se documentó un caso de sobreinfección con el clon epidémico multirresistente de Liverpool. Además, en 5 pacientes de Baleares, crónicamente colonizados y sin aparente relación epidemiológica, se detectó el CC274. Puesto que este complejo clonal también ha sido detectado en pacientes de países como Austria, Australia y Francia, éste debería incluirse en la creciente lista de cepas epidémicas. El análisis posterior de las secuencias de genoma completo de los aislados del CC274 evidenció la diseminación interpaciente de un sublinaje hipermutador, denotando además el potencial de estas variantes para la inesperada evolución a corto plazo del secuenciotipo y la rápida diseminación de resistencias. Además, los estudios epidemiológicos demostraron la coexistencia de dos linajes divergentes, no evidenciándose barrera geográfica. Asimismo se documentó una tendencia generalizada a la acumulación de resistencias a los antibióticos en el tiempo, acompañada de hipersensibilidad a ciertos antibióticos como aztreonam, lo cual se puede explicar en términos de sensibilidad colateral. La correlación entre los fenotipos y genotipos determinados mediante secuenciación del genoma completo de los aislados pertenecientes al CC274 nos permitió definir el resistoma mutacional de P. aeruginosa en la FQ, el cual se extiende más allá de los mecanismos mutacionales clásicos. Entre los nuevos determinantes de resistencia cromosómica encontrados caben destacar tanto las mutaciones en la proteína fijadora de penicilina PBP3, que confieren resistencia a betalactámicos, como las mutaciones en fusA1, que codifica para el factor de elongación G, y que junto con la hiperexpresión de MexXY contribuyen a la resistencia de alto nivel a aminoglucósidos. Paradójicamente, encontramos que la hiperexpresión de MexXY es prescindible para el desarrollo de resistencia in vitro a aminoglucósidos, lo que sugiere que dicha hiperexpresión confiere una ventaja evolutiva in vivo. En conjunto, este trabajo demuestra que, en la FQ, la epidemiología clonal y la evolución de la resistencia a los antibióticos son el resultado de una compleja interacción entre los mecanismos de resistencia mutacionales, la diversificación de la población infectante y la transmisión interpaciente de cepas epidémicas.