Evaluación de la participación de un sistema de eflujo tipo RND, en la multirresistencia de una cepa colombiana de Acinetobacter baumannii

Abstract

Acinetobacter baumannii, evidencia la habilidad de ciertas bacterias saprofitas para adaptarse fácilmente a condiciones hostiles y expresar elementos genéticos que les permiten sobrevivir. Este microorganismo, considerado, actualmente como uno de los más importantes patógenos oportunistas hospitalarios, posee un intercambio genético frecuente, lo que le confiere ciertas ventajas en la adquisición de mecanismos como la resistencia a antibióticos. Los mecanismos más relevantes que intervienen en la resistencia son procesos enzimáticos que incluyen la producción de enzimas que hidrolizan el antibiótico, o que modifican el sitio de unión del antibiótico al sitio blanco y no enzimáticos como la reducción en el número y tamaño de las proteínas de membrana externa (OMP), y modificación en las proteínas de unión a la penicilina (PBP). En A. baumannii, los sistemas de eflujo se conocen como mecanismos no enzimáticos asociados, no sólo con la resistencia a los antibióticos, sino también con otros procesos biológicos, tales como la patogenicidad y metabolismo bacteriano. En Colombia, la investigación en A. baumannii, se ha centrado en estudios clínicos, moleculares y epidemiológicos. Sin embargo, hasta la fecha se desconoce cuál es el papel de los mecanismos de eflujo en la aparición de fenotipos resistentes en cepas de A. baumannii. Este estudio sugiere que la cepa colombiana AB107M posee sistemas de eflujo funcionales, ya que mostraron reducciones significativas en la MIC para tres antibióticos tras la adición de CCCP, y frente al control sin inhibidor. En el presente estudio, hemos identificado los sistemas de flujo en un cepa clínica A. baumannii multirresistente por estrategias moleculares y bioinformáticas. También caracterizamos un sistema tipo RND (AdeABC), que normalmente se encuentra en el 80 % de los aislamientos clínicos, para determinar los cambios en los perfiles de resistencia de un mutante deficiente en el gen adeB. Los resultados de la secuenciación y anotación mostraron que 96 genes codificantes para sistemas de eflujo en la cepa AB107M pertenecen a las cinco familias de eflujo: 40 MFS, 4 RND, 35 ATPasas, 1 SMR, 1 MATE. Su organización genómica es tripartita en los tres primeros sistemas singulares, mientras que para los últimos dos los componentes son singulares. Esto también demuestra la capacidad para extruir una amplia gama de sustratos relacionados con los procesos biológicos tales como el metabolismo, la resistencia, y la virulencia. Por otra parte, se identificó un sistema de eflujo AdeABC por PCR, y se generó un mutante deficiente adeB, que mostró claramente que este sistema está implicado en la resistencia a tres antibióticos evaluados en la cepa AB107M (ciprofloxacina, tetraciclina, colistina), observado por un cambio en el perfil de susceptibilidad, en comparación con la cepa tipo. Además se evaluó el papel de estos sistemas en otros mecanismos, como la formación de biopelículas, la producción de homoserin lactonas y la motilidad. Este trabajo proporciona información importante para la comprensión de las funciones fisiológicas de estos sistemas en la evasión de moléculas de origen natural, que favorece la supervivencia de la bacteria en su nicho ecológico.

Abstract. Acinetobacter baumannii, shows how certain saprophytic bacteria can easily adapt to hostile conditions and express genetic elements that allow them to survive. This bacterium, considered as one of the most important opportunistic species in public health, has a frequent genetic exchange, which gives it certain advantages in acquisition of mechanisms like antibiotic resistance. The most relevant mechanisms involved in the resistance are enzymatic processes (production of enzymes that modify the target site or hydrolyze the antibiotic) and non-enzymatic (reduction in number and size of the outer membrane proteins (OMP), altered penicillin binding protein (PBP). In A. baumannii, efflux systems are known non-enzymatic mechanisms associated not only with antibiotic resistance, but also with other biological processes, such as pathogenicity and metabolism. In Colombia, research in A. baumannii, has focused on clinical, molecular and epidemiological studies. Nevertheless, to date it is unknown which is the role of efflux mechanisms in the emergence of resistant phenotypes of A. baumannii strains. This study suggested that Colombian AB107M strain has functional efflux systems, as they showed significant reductions for three antibiotics-MICs upon addition of CCCP, compared the control without inhibitor. In the present study, we identified the efflux systems in a multidrug-resistant clinical A. baumannii isolate by molecular and bioinformatics strategies. We also characterized one RND-type system (AdeABC), which is typically located in 80% of clinical isolates, to determine changes in resistance profiles of a mutant deficient in the gene adeB. Our sequencing and annotation results showed that strain AB107M harbors 96 genes encoding to efflux pumps belonging to the five family members: 40 MFS, 4 RND, 35 ATPase, 1 SMR, 1 MATE, and their genomic organization is tripartite in the first three singular systems, whereas the last two are singular components. This also demonstrates the ability to extrude a wide range of substrates related with biological processes such as metabolism, resistance, and virulence. Moreover, we identified one AdeABC efflux system by PCR, and we generated a deficient adeB mutant, which clearly showed that this system is involved in multidrug resistance of strain AB107M, as a change in the susceptibility profile is observed, when compared to the wild type isolate. Currently were evaluated the role of these systems in other mechanisms such as biofilm formation, quorum sensing and motility. This work provides important insights for understanding the physiological roles of these systems in evading naturally occurring molecules, which favor the survival of the bacterium in its ecological niche.