Cepas clínicas de SARM de líneas genéticas asociadas a animales: epidemiología, genómica, proteómica y nuevos antimicrobianos
- Autores: Sara Ceballos Marcaida
- Directores de la Tesis: Carmen Torres Manrique (dir. tes.), Myriam Zarazaga Chamorro (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de La Rioja ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Clinical MRSA Strains from Animal-associated Genetic Lineages: Epidemiology, Genomics, Proteomics and New Antimicrobials
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Castillo García (presid.), Rosa del Campo Moreno (secret.), Patrícia Alexandra Curado Quintas Dinis Poeta (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biotecnológicas por la Universidad de La Rioja y la Universidad de Zaragoza
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Dialnet
- Resumen
- español
Staphylococcus aureus forma parte de la microbiota normal de personas y animales, aunque también es un importante patógeno oportunista. S. aureus adquiere frecuentemente mecanismos de resistencia a antimicrobianos, siendo especialmente relevante la resistencia a meticilina (SARM). La diseminación de SARM es cada vez mayor debido a su capacidad de establecer nuevos reservorios, diferenciándose tres grandes grupos: SARM-AH (asociado al ámbito hospitalario), SARM-AC (asociado a la comunidad) y SARM-AG (asociado a ganado). La línea genética más importante de SARM-AG es la perteneciente al complejo clonal CC398, presente tanto en animales de granja, principalmente en cerdos, como en personas en contacto con dichos animales (como colonizadores o causando infección). El marcador fenotípico de SARM CC398 es la resistencia a tetraciclina (TetR). Otra línea genética emergente de SARM-AG es la del CC130, generalmente portador del gen mecC de resistencia a meticilina, y característica por presentar un fenotipo de sensibilidad a los antibióticos no β-lactámicos (SNBL). El CC130 se ha encontrado en animales (de granja, domésticos y de vida libre), y causando esporádicamente infecciones en personas, aunque su prevalencia es poco conocida.
Por ello, para determinar la prevalencia de SARM CC398 en España, se analizaron todos los aislados SARM-TetR obtenidos en un periodo de seis meses en el año 2016 (total S. aureus: 11.405; total SARM: 3.383) procedentes de 20 hospitales localizados en 13 provincias con distinta densidad de ganado porcino. Además, se determinó si la densidad de cerdos podía influir en la prevalencia de CC398. La prevalencia global de SARM en los hospitales analizados (n=20) fue del 30% (rango 12%-71%), y el 7% fue SARM-TetR. La tasa de SARM CC398/ SARM fue del 4% (rango 0%-31%). La asociación entre la densidad de cerdos y la prevalencia de SARM CC398/ SARM quedó corroborada en este estudio (p<0,001), con las prevalencias más altas en aquellos hospitales localizados en provincias con mayor número de cerdos/km2. Además, se elaboraron modelos estadísticos de regresión que permiten predecir el ratio SARM CC398/ SARM en función de la densidad de ganado porcino. La mayor parte de cepas adscritas al CC398 pertenecían a muestras de infecciones de piel y partes blandas y de infecciones del tracto respiratorio (74%), acorde con los medios de transmisión habitual de esta línea genética (contacto directo y vía aérea). El spa-tipo predominante en las cepas CC398 fue el t011 (72%), mientras que el 40% de las cepas restantes no-CC398 pertenecía al clon t127/CC1, también relacionado con ganado. El clúster de evasión del sistema inmune humano (IEC) estuvo presente en tan sólo dos de las 137 cepas SARM CC398, sugiriendo un origen animal de estos aislados IEC negativos. Las cepas CC398 IEC positivas podrían apuntar a un proceso adaptativo de este clon al ser humano. Los fenotipos de multirresistencia se presentaron habitualmente en las cepas SARM CC398 (79%), con una clara ausencia de mecanismos de virulencia.
El siguiente objetivo fue determinar la prevalencia del clon SARM CC130 en 12 de los 20 hospitales anteriormente indicados, analizando todas las cepas con el fenotipo SARM-SNBL obtenidas durante seis meses en el año 2016. Este fenotipo fue infrecuente en los hospitales españoles analizados (rango 0,3%-7,7%), obteniéndose una colección de 45 aislados en la que todos resultaron mecC negativos (mecA positivos). Sin embargo, el fenotipo SNBL resultó ser un buen marcador del clon de SARM-AC t008/agr I. Además, más de un tercio de la colección de cepas con este fenotipo producía uno de los factores de virulencia de S. aureus de mayor relevancia clínica, la Leucocidina de Panton-Valentine.
La necesidad de nuevas estrategias terapéuticas frente a SARM hizo que se analizase la actividad antimicrobiana de nuevos compuestos de síntesis pertenecientes a dos clases de antibióticos, las oxadiazolas y las quinazolinonas. Se testaron cuatro oxadiazolas y cinco quinazolinonas en una colección de 210 cepas SARM de distintas líneas genéticas y orígenes, así como en cepas de diferentes especies de estafilococos y enterococos con diversos mecanismos de resistencia. Un compuesto de cada clase destacó por su buena actividad antimicrobiana indicando un gran potencial terapéutico frente a SARM.
Conocer de manera más profunda la fisiología SARM es necesario para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. Los estudios de proteómica son herramientas valiosas para averiguar los cambios en los niveles de expresión proteica en circunstancias fisiológicas determinadas. Con este objetivo, se analizaron los proteomas de dos cepas SARM mecC con las mismas características genéticas, pero distinto origen (humano y animal), en estado basal y tras la exposición a un factor de estrés, como es la presencia de cefoxitina en concentraciones subinhibitorias. Se apreciaron diferencias claras en el número de proteínas expresadas en el perfil bidimensional de ambas cepas (mayor en la cepa humana). En dicha cepa de origen humano, se observaron cambios en las proteínas que intervienen en el metabolismo bacteriano, así como en las que forman parte de respuestas a estrés y patogenicidad, tras la exposición al antibiótico cefoxitina.
Por tanto, SARM CC398 es un linaje frecuente y emergente en los hospitales españoles, especialmente en zonas con alta densidad de ganado porcino, pero no así SARM CC130 (con mecanismo mecC), que hasta la fecha es muy infrecuente en nuestro medio. S. aureus está evolucionando en la interfaz animal-hombre y las estrategias de la genómica y de la proteómica son necesarias para comprender estos procesos.
- English
Staphylococcus aureus is part of the normal microbiota of humans and animals, although it can also be an important opportunistic pathogen. S. aureus frequently acquires antimicrobial resistance mechanisms, being methicillin resistance (MRSA) one of the most relevant. MRSA dissemination is increasing due to its capability of establishing new reservoirs, with three main groups: HA-MRSA (hospital associated), CA-MRSA (community associated) and LA-MRSA (livestock associated). The most important LA-MRSA genetic lineage is the clonal complex CC398, present in farm animals, mostly pigs, as well as in humans in contact with those animals (as colonizers or causing infection). The MRSA CC398 phenotypic marker is tetracycline resistance (TetR). Another emerging LA-MRSA genetic lineage is CC130, generally carrying the methicillin resistance gene mecC, and characteristic for having a non β-lactam susceptible phenotype (NBLS). CC130 has been found in animals (farm, domestic or wildlife animals), and sporadically causing human infections, although its prevalence is unknown.
For these reasons, all TetR–MRSA isolates obtained during a six-month period in 2016 (total S. aureus: 11,405; total MRSA: 3,383) from 20 hospitals located in 13 regions with different pig-farming density were analyzed in order to establish the MRSA CC398 prevalence in Spain. In addition, it was determined if pig density could influence in the prevalence of CC398. The global MRSA prevalence in the analyzed hospitals (n=20) was 30% (range 12-71%), and 7% were TetR–MRSA. The MRSA CC398/MRSA rate was 4% (range 0%-31%). The association between pig density and MRSA CC398/ MRSA was corroborated in this study (p<0.001), with higher prevalence in those hospitals located in regions with higher number of pigs/km2. Moreover, regression statistic models were created in order to predict the MRSA CC398/ MRSA ratio depending on pig density. Most of CC398 strains belonged to samples of skin and soft tissue infections and respiratory tract infections (74%), according to the usual means of transmission of this lineage (direct contact and air). The predominant spa-type of CC398 strains was t011 (72%), while 40% of the remaining non-CC398 strains belonged to the t127/CC1 clone, also related to livestock. The human immune evasion cluster (IEC) was present in only two out of the 137 MRSA CC398 strains, suggesting an animal origin for the IEC-negative isolates. The IEC positive CC398 strains could be part of an adaptive process of this clone to humans. The multidrug-resistant phenotypes were frequent in MRSA CC398 strains (79%), with a total absence of virulence mechanisms.
The next objective was to determine the MRSA CC130 prevalence in 12 out of the 20 previous hospitals, through the analysis of all NBLS-MRSA strains obtained during a sixmonth period in 2016. This phenotype was infrequent in the analyzed hospitals (range 0.3%-7.7%), obtaining a collection of 45 mecC-negative isolates (all mecA-positive). However, the NBLS phenotype was a good marker for the CA-MRSA t008/agr I clone. In addition, more than a third of these NBLS strains produced one of the most clinically relevant virulence factors of S. aureus, the Panton-Valentine Leucocidin.
The need of new therapeutic strategies to fight MRSA led to the analysis of the antimicrobial activity of new synthetic compounds belonging to two antibiotic classes, the oxadiazoles and the quinazolinones. Four oxadiazoles and five quinazolinones were tested in a 210 MRSA strains collection of different genetic lineages and origins, as well as in different staphylococci and enterococci species with various resistance mechanisms. A compound of each class stood out for its good antimicrobial activity indicating a great therapeutic potential against MRSA.
Deeper knowledge of the physiology of MRSA is necessary for the development of new therapeutic strategies. Proteomic studies are valuable tools for ascertaining changes in protein expression levels in certain physiological circumstances. To this end, the proteomes of two MRSA mecC strains with the same genetic characteristics, but different origin (human and animal), were analyzed at basal state and after exposure to a stress factor, such as the presence of cefoxitin at subinhibitory concentrations. There were clear differences in the number of proteins expressed in the two-dimensional profile of both strains (higher in the human strain). In this human strain, changes in the proteins involved in bacterial metabolism were observed, as well as in those that are part of responses to stress and pathogenicity, after exposure to the antibiotic cefoxitin. Therefore, MRSA CC398 is a frequent and emergent lineage in Spanish hospitals, especially in areas with high pig density, but not so MRSA CC130 (with mecC mechanism), which to date is very rare in our environment. S. aureus is evolving in the animal-human interface and the strategies of genomics and proteomics are necessary to understand these processes.
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