Análisis de los elementos genéticos involucrados en la movilización del gen blaNDM-1 en bacterias multirresistentes colombianas

Abstract

La circulación de la metalo-β-lactamasa de Nueva Delhi (NDM) entre Enterobacterias y A. baumannii representa un serio problema para los sistemas de salud, debido a su rápida diseminación global y a las limitadas opciones terapéuticas. Aunque se sabe que el gen blaNDM-1 se originó en Acinetobacter spp., no es claro aún el papel de las Enterobacterias en su diseminación. En este estudio, usamos técnicas de secuenciación de genomas completos, con el fin de investigar la dinámica de diseminación de los plásmidos NDM-positivos en un grupo de 21 aislamientos clínicos de Colombia y México (P. rettgeri, K. pneumoniae y A. baumannii) y seis E. coli NDM-positivas transconjugantes, representantes de los aislamientos clínicos. Adicionalmente, fueron secuenciados completamente tres plásmidos NDM-positivos de tres aislamientos representativos de P. rettgeri. Los resultados permitieron confirmar la circulación de plásmidos NDM-positivos previamente reportados para los aislamientos de K. pneumoniae y A. baumannii, en diferentes linajes genéticos y regiones geográficas distantes. Los análisis de genómica comparativa permitieron también establecer tres hallazgos importantes: i) tres plásmidos novedosos NDM-positivos de P. rettgeri; ii) una relación genética interesante entre aislamientos de P. rettgeri NDM-positivos de localizaciones geográficas distantes (Canadá, México, Colombia e Israel) sin nexos epidemiológicos reportados; y finalmente (iii) una fuerte asociación entre los plásmidos de A. baumannii y K. pneumoniae con los de circulación en P. rettgeri. Adicionalmente, en este estudio se pudo establecer el costo metabólico asociado al transporte de algunos plásmidos que presentan el gen blaNDM-1 y el papel de algunos elementos genéticos móviles (EGM) en la diseminación de dicho gen. En general estos resultados sugieren que la diseminación del gen blaNDM-1 en Latinoamérica sigue el modelo de las muñecas rusas, con algunos EGM jugando un papel central en este proceso y todos convergiendo en P. rettgeri.

Abstract. Enterobacteriaceae and Acinetobacter spp. harbouring New Delhi Metallo-β-lactamase (NDM) place a burden on health care systems worldwide, due to the rapid global spread of this resistance mechanism and limited therapeutic options. Although it is known that the associated resistance gene blaNDM-1 originated in Acinetobacter spp., the role of Enterobacteriaceae in its dissemination remains unclear. In this study, we used Whole Genome Sequencing (WGS) to investigate the dissemination dynamics of blaNDM-1 positive plasmids in a set of twenty-one clinical NDM-1-positive isolates from Colombia and Mexico (Providencia rettgeri, Klebsiella pneumoniae and Acinetobacter baumannii) as well as six representative NDM-1-positive Escherichia coli transconjugants. Additionally, the plasmids from three representative P. rettgeri isolates were sequenced by PacBio sequencing and finished. Our results confirm the presence of previously reported plasmids from K. pneumoniae and A. baumannii in different genetic backgrounds and geographically distant locations in Colombia. Genomic analysis allowed us to report three key findings: three new previously unclassified plasmids in P. rettgeri from Colombia and Mexico were identified; an interesting genetic link between NDM-1-positive P. rettgeri from distant geographic locations (Canada, Mexico, Colombia and Israel) without any reported epidemiological links was discovered; and finally, we detected a relationship between plasmids present in P. rettgeri and plasmids from A. baumannii and K. pneumoniae. We also stablished the metabolic cost associated to the transport of some plasmids harbouring blaNDM-1 and the roll of some mobile genetic elements (MGE) in the dissemination of this gene. Overall, our findings suggest a Russian doll model for the dissemination of blaNDM-1 in Latin America, with some MGE playing a central role in this process, coinciding all in P. rettgeri.