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

Resumen

La infecció respiratòria crònica per P. aeruginosa és la principal causa de morbiditat i mortalitat en els pacients amb fibrosi quística (FQ). Durant la progressió des de la infecció primerenca a la colonització crònica, P. aeruginosa experimenta un complexe procés adaptatiu i de diversificació que resulta en una població heterogènia i persistent en la qual l'aparició de variants resistents a múltiples antibiòtics comprometen la selecció de teràpies antibiòtiques apropiades. En aquest treball es va investigar la interacció entre tres aspectes microbiològics clau: la presència de soques transmissibles i persistents, l'aparició de variants amb taxes de mutació incrementades i l'evolució de la resistència als antibiòtics. L'epidemiologia clonal, els perfils de sensibilitat antibiòtica, la contribució dels mecanismes clàssics de resistència i el paper de les variants hipermutadores es van estudiar en dos grans col·leccions d'aïllats procedents de pacients amb FQ de les Illes Balears i Espanya. Així mateix, mitjançant seqüenciació del genoma complet, es va determinar la filogènia, disseminació interpacient, evolució intrapacient, genotip hipermutador i resistoma d'una col·lecció d'aïllats pertanyents al complexe clonal 274 (CC274), provenint de dos països molt distants, Austràlia i Espanya, i cobrint un període de 18 anys. Finalment, donada la rellevància dels aminoglicòsids en el maneig d’aquests pacients, es va estudiar la dinàmica del desenvolupament de resistència a aminoglicòsids in vitro mitjançant seqüenciació de genoma complet. Tot i trobar discrepàncies entre els mètodes de genotipat molecular, es va documentar un alt grau de diversitat genètica en les col·leccions de les Illes Balears i Espanya, sent escassa la representació de soques epidèmiques. No obstant això, per primera vegada a Espanya, es va documentar un cas de sobreinfecció amb el clon epidèmic multiresistent de Liverpool. A més, en 5 pacients de les Illes Balears, crònicament colonitzats i sense aparent relació epidemiològica, es va detectar el CC274. Ja que aquest complexe clonal també ha estat detectat en països com Àustria, Austràlia i França, aquest clon hauria d'incloure a la creixent llista de soques epidèmiques. L'anàlisi posterior de les seqüències de genoma complet dels aïllats pertanyents al CC274, va evidenciar la disseminació interpaciente d'un subllinatge hipermutador, denotant a més el potencial d'aquestes variants per a la inesperada evolució a curt termini del sequenciotip i per a la ràpida disseminació de la resistència antibiòtica. A més, els estudis epidemiològics van demostrar la coexistència de dos llinatges divergents, no existint barrera geogràfica. Així mateix es va evidenciar una tendència generalitzada a l'acumulació de resistències en el temps, acompanyada d'hipersensibilitat a certs antibiòtics com l’aztreonam, la qual cosa es pot explicar en termes de sensibilitat col·lateral. La correlació entre els fenotips i genotips determinats mitjançant seqüenciació del genoma complet dels aïllats pertanyents al CC274 ens va permetre definir el resistoma mutacional de P. aeruginosa en la FQ, el qual s'estén més enllà dels mecanismes de resistència mutacionals clàssics. Entre els nous determinants de resistència cromosòmica trobats cal destacar tant les mutacions en la proteïna fixadora de penicil·lina PBP3, que confereixen resistència a betalactàmics, així com les mutacions en fusA1, que codifica per al factor d'elongació G, i que juntament amb la hiperexpressió de MexXY contribueixen a la resistència d'alt nivell a aminoglucòsids. Paradoxalment, vam trobar a més que la hiperexpressió de MexXY és prescindible per al desenvolupament de resistència in vitro a aminoglucòsids, el que suggereix que aquesta hiperexpressió suposa un avantatge evolutiu in vivo. En conjunt, aquest treball demostra que l'epidemiologia clonal i l'evolució de la resistència als antibiòtics en el context de la FQ són el resultat d'una complexa interacció entre els mecanismes de resistència mutacionals, la diversificació de la població infectant i la transmissió interpaciente de ceps epidèmiques.