Aplicação do Sequenciamento de Plasmídeos Inteiros em Genes de Resistência a Medicamentos de Klebsiella pneumoniae

Obtenha a sequência do genoma completo do plasmídeo através de sequenciação de alto rendimento, para prever e anotar todos os genes no genoma, e encontrar genes relacionados ao fenótipo, como genes de resistência a medicamentos, genes de resistência a metais pesados e genes de adaptabilidade ambiental. O gene de resistência a medicamentos "candidato" comprovado pela pesquisa do genoma de resistência a medicamentos apresenta resistência no hospedeiro heterólogo, mas não pode provar que o gene ainda possui resistência em seu reservatório natural; Por outro lado, esses genes de resistência a medicamentos podem sofrer transferência horizontal entre diferentes bactérias na forma de plasmídeos, resultando na contaminação de genes de resistência a medicamentos. A tecnologia de Sequenciamento Completo de Plasmídeos pode filtrar "candidatos" a genes de resistência a medicamentos e anotar, o que, combinado com experimentos de verificação funcional de resistência a medicamentos, pode nos ajudar a encontrar o mecanismo de resistência a medicamentos o mais rápido possível e tomar as contramedidas correspondentes.

Sequenciação do Genoma Completo de Plasmídeos para Análise de Mecanismos de Resistência a Medicamentos

Klebsiella pneumoniae é uma das principais causas de infecções adquiridas em hospitais e na comunidade, manifestando-se como pneumonia, infecções do trato urinário, septicemia e abscessos. Nos últimos anos, a disseminação rápida de K.pneumoniae resistente a carbapenemas (CRKP), um patógeno de prioridade crítica listado pela OMS, tornou-se uma ameaça global à saúde humana devido à alta morbidade e mortalidade. Pesquisadores investigaram as características epidemiológicas dos fatores de resistência e virulência de Klebsiella pneumoniae resistente a carbapenemas (CRKP), isolados em pacientes pediátricos em Xangai. Através de sequenciação de alto rendimento, foi encontrado que o isolado tinha um cromossomo circular de 5508387 bp e dois plasmídeos pNDM-IMP-1 (347317 bp) e pNDM-IMP-2 (144371 bp). A cepa foi identificada como ST3936 e KL30 por tipagem MLST e Kaptive. Além disso, a cepa carrega múltiplos genes de resistência, como aminoglicosídeos, fluoroquinolonas, carbapenemas e outros medicamentos β-lactâmicos. Os genes de codificação de carbapenemase blaNDM-1 (2 cópias) e blaIMP-4 estão co-localizados no plasmídeo pNDM-IMP-1, que é um plasmídeo não classificável de 347,3 kb, contendo a maioria dos genes de resistência, exceto oqxAB e blaLEN17. A comparação e análise dos cromossomos de SHET-01 e Klebsiella mutabilis DX120E encontrou que seu conteúdo genômico era altamente semelhante, confirmando que SHET-01 pertence a Klebsiella mutabilis. A análise de genômica comparativa encontrou que pNDM - IMP - 1 e pKP1814 - 1 têm esqueletos de plasmídeo semelhantes e contêm genes funcionais de plasmídeo altamente conservados (como o gene replicon repA e o gene de estabilidade telB - stabD, etc.), cluster de genes de transferência por conjugação, elementos de inserção, determinantes de resistência a medicamentos (como blaIMP-4 e blaSFO) e outras bases funcionais. Este é o primeiro relato sobre as carbapenemases comunistas IMP-4 e NDM-1 em Klebsiella pneumoniae altamente viscosa. O plasmídeo híbrido multirresistente pNDM-IMP-1 pode ter origem em Klebsiella pneumoniae, e o elemento ISCR1 pode contribuir para a agregação de blaNDM-1 e blaIMP-4 neste plasmídeo de cepas de Klebsiella pneumoniae. O monitoramento a longo prazo dessas cepas pode efetivamente prevenir seu surto e transmissão.

Análise genômica comparativa da estrutura do plasmídeo e genética

Mapa do Círculo do Genoma do Plasmídeo e Mapa de Fundo Genético da Estrutura do Plasmídeo

Sequenciação do genoma completo para identificação de Superplasmídeo

A emergência de cepas de HvKP resistentes a carbapenemas (CR HvKP) e produtoras de ESBL é principalmente devido à sua aquisição simultânea de alta virulência e genes de resistência a múltiplos medicamentos (MDR) (especialmente ESBL e carbapenemase), que são mediadas principalmente por plasmídeos. Em relatórios anteriores, os genes de virulência e resistência a medicamentos estavam principalmente localizados em diferentes plasmídeos, mas nos últimos anos, plasmídeos que contêm tanto genes de virulência quanto de MDR também começaram a ser relatados. O surgimento deste plasmídeo acelera ainda mais a transmissão síncrona de genes de alta virulência e MDR, trazendo impactos mais sérios à saúde pública. Através da análise de 239 cepas de tuberculose pulmonar infectadas na corrente sanguínea, identificamos uma cepa clínica ST11-K64 CR-HvKP portadora de um "superplasmídeo", revelando em detalhe sua estrutura genômica e características fenotípicas. Normalmente, possui as seguintes características: (1) um único plasmídeo que coabriga genes de hipervirulência e MDR, (2) um plasmídeo que abriga elementos conjugativos completos que garantem a auto-transmissibilidade, (4) um plasmídeo que é estável e conservado, e (3) um plasmídeo sem custo de aptidão para a cepa hospedeira. Este superplasmídeo auto-transmissível, que carrega simultaneamente genes de hipervirulência e MDR, aumenta significativamente os desafios para a prevenção e controle clínico e tratamento anti-infeccioso. Assim, é necessário um monitoramento ativo deste tipo de superplasmídeo para prevenir a disseminação desses plasmídeos de resistência/virulência eficientes em ambientes hospitalares.

Fenótipo de virulência da cepa CR-HvKP SZS128 e características do superplasmídeo pSZS1280-Hv-MDR

A resistência a antibióticos é uma grande ameaça à saúde pública. Monitorar e entender a prevalência, mecanismo e disseminação da resistência a antibióticos é o foco do cuidado individual do paciente e das estratégias gerais de controle de infecções. O sequenciamento completo de plasmídeos expandiu nossa capacidade de detectar genes de resistência a medicamentos em Klebsiella pneumoniae, o que contribui para desenvolver planos de tratamento personalizados e fornecer conveniência para o uso futuro da medicina personalizada baseada em sequências convencionais. Isso também simplificará o monitoramento da resistência a antibióticos.

Referências:

1. Wang, Bingjie et al. "Características Genéticas e Perfil Microbiológico de Klebsiella variicola Hipermucoviscosa Multirresistente Coproduzindo Carbapenemases IMP-4 e NDM-1." Microbiology spectrum vol. 10,1 (2022): e0158121.
2. Jia, Xinmiao et al. "Emergência de um Superplasmídeo Coabrindo Genes de Hipervirulência e Resistência a Múltiplos Medicamentos em Klebsiella pneumoniae Apresenta Novos Desafios à Saúde Pública." Microbiology spectrum vol. 10,6 (2022): e0263422.