Participación de los sistemas de muerte post-segregacional en la estabilidad de la resistencia a carbapenémicos en Enterobacterias

Abstract

La circulación de NDM entre enterobacterias representa un serio problema para los sistemas de salud debido a las limitadas opciones terapéuticas disponibles. En la actualidad se sabe que el gen que codifica NDM se originó en Acinetobacter spp., y posteriormente migró a los plásmidos conjugativos pNDM-BJ01-like frecuentes en el género bacteriano. Interesantemente, las enterobacterias transportan plásmidos NDM-positivos diversos, con poca relación con los pNDM-BJ01-like. No obstante, en Providencia rettgeri, un patógeno clínicamente significativo, aunque poco estudiado que está emergiendo como un nuevo organismo oportunista con alta resistencia a los antibióticos, fue identificado un plásmido pNDM-BJ01-like (p06-1619-NDM), con una modificación importante asociada a la adquisición de un transposón con dos sistemas de muerte post-segregacional, ParDE y RelEB. Los sistemas de muerte post-segregacional o denominados toxina-antitoxina, están compuestos por una toxina estable y una antitoxina inestable, por lo que la pérdida del plásmido genera la muerte de la bacteria por acción de la toxina estable. Teniendo en cuenta lo anterior, en este estudio se realizó un abordaje microbiológico y molecular para evaluar el impacto de estos sistemas en la estabilidad del plásmido p06-1619-NDM, para lo cual se diseñó y produjo un plásmido recombinante que expresara las dos antitoxinas (ParD y RelB) y se transformó en P. rettgeri nativa portadora del plásmido NDM-positivo, y posteriormente se evaluó la estabilidad del plásmido p06-1619-NDM por curvas de crecimiento continuo. Los resultados mostraron que el plásmido p06-1619-NDM presenta gran estabilidad en el microorganismo que lo transporta (P. rettgeri) permaneciendo por 30 días de crecimiento continuo aún en presencia del plásmido recombinante productor de las antitoxinas. Sin embargo, eventos genéticos espontáneos determinados después de la secuenciación de genoma completo, desencadenaron la curación del plásmido NDM positivo en la cepa nativa a partir del día 20 de crecimiento continuo debido a la formación de una estructura secundaria (unidad translocativa) que incorporó los sistemas toxina-antitoxina, por tanto, se sugiere la participación de los sistemas de muerte post-segregacional en la estabilidad de plásmidos con resistencia a antibióticos β-lactámicos.

NDM circularization among enterobacterias represents a serious problem for health systems due to the limited therapeutic options available. It is known that the gene encoding NDM originated in Acinetobacter spp., and subsequently migrated to the conjugative plasmids pNDM-BJ01-like, where it is frequently found in this bacterial genus. Interestingly, enterobacterias carry diverse NDM-positive plasmids, with little relation to the pNDM-BJ01-like. However, in Providencia rettgeri, a clinically significant pathogen, although little studied that is emerging as a new opportunistic organism with high resistance to antibiotics, a pNDM-BJ01-like plasmid (p06-1619-NDM) was identified, with an important modification associated with the acquisition of a transposon with two post-segregational killing systems (PSK), ParDE and RelEB. PSK or also called toxin-antitoxin systems, are composed of a stable toxin and an unstable antitoxin, so that the loss of the plasmid generates the death of the bacteria by the action of the stable toxin. Considering the above, in this study a microbiological and molecular approach was carried out to evaluate the impact of these systems on the stability of plasmid p06-1619-NDM for which a recombinant plasmid that expressed the two antitoxins was designed and produced (ParD and RelB) and was transformed into wild type P. rettgeri carrier of NDM-positive plasmid, and subsequently the stability of plasmid p06-1619-NDM was evaluated by continuous growth curves. The results showed that plasmid p06-1619-NDM has great stability in the microorganism that carries it (P. rettgeri), remaining for 30 days of continuous growth even in presence of recombinant plasmid producing antitoxins. However, spontaneous genetic events determined after complete genome sequencing triggered the healing of NDM-positive plasmid in wild type strain from day 20 of continuous growth, due to the formation of a secondary structure, a translocatable unit TU6368 that incorporated the toxin-antitoxin systems, therefore, it suggested the participation of PSK in the stability of plasmids with β-lactam antibiotics resistance.