Variaciones del perfil genómico de virulencia en aislamientos clínicos de Klebsiella pneumoniae productores de carbapenemasas mediante secuenciación de genoma completo (WGS)
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Resumen
Klebsiella pneumoniae, es un patógeno oportunista asociado a infecciones nosocomiales y comunitarias, representa un desafío clínico debido a su alta virulencia y resistencia antimicrobiana. Este estudio evaluó las variaciones genómicas de 70 aislamientos clínicos de K. pneumoniae productoras de carbapenemasas recolectadas entre 2020 y 2021 en un hospital colombiano, empleando secuenciación de genoma completo (WGS). Los aislamientos fueron obtenidos de diversas fuentes clínicas, predominando sangre (37,14%), orina (30%) y secreciones orotraqueales (14,28%) (Figura 8-1). Las características epidemiológicas revelaron que el 54% de los aislamientos provenían de infecciones intrahospitalarias, con una alta prevalencia en pacientes mayores de 60 años (57%) y una tasa de mortalidad del 40% (Tabla 8-1). El análisis bioinformático identificó 5518 genes en los cromosomas bacterianos, destacando los genes de adherencia, sistemas de secreción (T6SS), mecanismos antifagocíticos (genes del operón capsular), bombas de eflujo y sideróforos básicos como la enterobactina. Asimismo, se detectaron 679 genes en plásmidos, principalmente relacionados con la producción de sideróforos de alta afinidad como la aerobactina y yersiniabactina, así como toxinas genotóxicas como la colibactina. Las divergencias filogenéticas observadas reflejan adaptaciones genéticas que favorecen la colonización en ambientes hospitalarios (Figuras 8-6). La tipificación molecular (MLST) reveló la prevalencia de diversos tipos de secuencia (ST), siendo el ST1082 el más frecuente (43%), seguido por ST236 (11%) y ST258 (10%), este último vinculado a brotes epidémicos y
resistencia a carbapenémicos. Además, se identificó un caso del linaje hipervirulento ST23, recientemente alertado por la OMS debido a su capacidad para causar infecciones graves en personas sanas (Figura 8-7). El análisis filogenético mediante ANI permitió identificar cinco clústeres clonales, destacando el clúster 1 como un clado genéticamente distinto, posiblemente adaptado a nichos específicos. Este hallazgo refuerza la necesidad de monitorear linajes emergentes y desarrollar estrategias efectivas de control (Figura 8-8). En conclusión, los resultados subrayan la relevancia de integrar herramientas genómicas para caracterizar factores de virulencia y rastrear la diseminación de cepas de K. pneumoniae. La combinación de resistencia antimicrobiana e hipervirulencia enfatiza la urgencia de enfoques terapéuticos integrales para mitigar el impacto clínico de este patógeno emergente. (Texto tomado de la fuente).
Abstract
Klebsiella pneumoniae is an opportunistic pathogen associated with both nosocomial and community-acquired infections, posing a clinical challenge due to its high virulence and antimicrobial resistance. This study evaluated the genomic variations of 70 carbapenemaseproducing K. pneumoniae clinical isolates collected between 2020 and 2021 in a Colombian hospital, using whole-genome sequencing (WGS). The isolates were obtained from various clinical sources, primarily blood cultures (37.14%), urine cultures (30%), and orotracheal secretions (14.28%) (Figure 8-1). Epidemiological characteristics revealed that 54% of the isolates were from nosocomial infections, with a high prevalence among patients over 60 years of age (57%) and a mortality rate of 40% (Table 8-1). Bioinformatic analysis identified 5,518 genes in bacterial chromosomes, highlighting genes involved in adherence, secretion systems (T6SS), anti-phagocytic mechanisms (capsular operon genes), efflux pumps, and basic siderophores such as enterobactin. Additionally, 679 genes were detected in plasmids, mainly associated with high-affinity siderophores like aerobactin and yersiniabactin, as well as genotoxic toxins such as colibactin. The observed phylogenetic divergences reflect genetic adaptations favoring colonization in hospital environments (Figures 8-6). Molecular typing (MLST) revealed the prevalence of various sequence types (ST), with ST1082 being the most frequent (43%), followed by ST236 (11%) and ST258 (10%), the latter associated with epidemic outbreaks and carbapenem resistance. Furthermore, one case of the hypervirulent ST23 lineage was identified, recently highlighted by the WHO due to its ability to cause severe infections in healthy individuals (Figure 8-7). Phylogenetic analysis using ANI identified five clonal clusters, with cluster 1 representing a genetically distinct clade, possibly adapted to specific ecological niches. This finding reinforces the need to monitor emerging lineages and develop effective control strategies (Figure 8-8). In conclusion, the results emphasize the importance of integrating genomic tools to characterize virulence factors and track the dissemination of K. pneumoniae strains. The combination of antimicrobial resistance and hypervirulence underscores the urgency of comprehensive therapeutic approaches to mitigate the clinical impact of this emerging pathogen.
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