Evolutionary Dynamics of Integron Resistance Cassettes. A Deeper Look into the Integron Model.

• Autores: Alberto Hipólito Carrillo de Albornoz
• Directores de la Tesis: José Antonio Escudero García-Calderón (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Dinámicas Evolutivas de los Cassettes de Resistencia en Integrones. Profundizando en el Modelo de Integrón.
• Tribunal Calificador de la Tesis: Bruno González Zorn (presid.), Amalia Diez Martín (secret.), Álvaro San Millán Cruz (voc.), Joaquín Bernal Bayard (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Microbiología
      • Antibióticos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • La resistencia a antimicrobianos es una de las principales amenazas para la salud global del siglo XXI. El uso indiscriminado de antibióticos, entre otros factores, ha provocado un incremento exponencial de bacterias resistentes a antimicrobianos en las últimas décadas. Se estima que cada año mueren entre 1.5 y 5 millones de personas debido a infecciones causadas por bacterias multirresistentes.

    Los integrones móviles desempeñan un papel crucial en el aumento y propagación de la resistencias a antimicrobianos, siendo plataformas génicas capaces de capturar y expresar más de 170 genes de resistencia antimicrobiana frente a la mayoría de antibióticos de relevancia clínica. Los integrones son plataformas de gran éxito, frecuentemente presentes en aislados clínicos de bacterias Gram negativas multirresistentes. Por el contrario, la prevalencia de los cassetes de resistencia en integrones varía ampliamente, incluso entre genes que confieren la misma resistencia a antimicrobianos.

    Esta tesis doctoral tiene como objetivo caracterizar las fuerzas que rigen el éxito evolutivo de los cassettes de resistencia en integrones. Para ello, hemos cuantificado los niveles de resistencia conferidos por estos cassettes así como el coste asociado a su expresión. Adicionalmente, hemos caracterizado el posible efecto de un cassette en la expresión de la colección posterior, así como la movilidad de cada uno de ellos. Para estudiar de manera comparable las fuerzas que rigen el éxito de estos cassettes hemos generado la colección pMBA, compuesta por 136 cassettes de resistencia clonados en un entorno genético que mimetiza el natural.

    La caracterización del perfil de resistencia de cada cassette pone de manifiesto grandes diferencias en los niveles de resistencia conferidos por genes filogenéticamente muy cercanos. Asimismo, hemos detectado genes que no confieren resistencia alguna.

    Por su parte, la cuantificación del coste asociado a cada cassette ha revelado que ciertas familias, como los genes de resistencia a beta-lactámicos, poseen un gran coste en E. coli. Por el contrario, genes como aacA7 han demostrado ser beneficiosos para el fitness bacteriano en ausencia de selección, tanto in vitro como in vivo, sugiriendo un posible rol metabólico secundario de los mismos. Adicionalmente, competiciones bacterianas realizadas tanto en aerobiosis como en anaerobiosis, han demostrado que los cassettes de resistencia pueden modificar drásticamente su efecto en el fitness bacteriano dependiendo de las condiciones oxigénicas del entorno, como en el caso de ereA2. Este hecho tiene una gran relevancia a la hora de entender la ecología y su prevalencia de los cassettes en entornos clínicos y ambientales.

    Además, hemos caracterizado la influencia de un cassettes en la colección posterior y su capacidad de recombinación en la plataforma. Por un lado, observamos que la identidad de un cassette puede modular la expresión de la colección posterior de manera transcripcional, lo que conlleva importantes implicaciones en posibles fenómenos de co-selección ocurridos en infecciones tratadas con varios antibióticos. Por otro lado, las frecuencias de recombinación obtenidas para cada cassettes son muy variables, existiendo diferencias de hasta un millón de veces entre las tasas de recombinación de aacA52 y fosN. Asimismo, encontramos una correlación entre los cassettes de resistencia a aminoglucósidos y altas tasas de recombinación.

    Adicionalmente, durante el transcurso de este estudio hemos podido demostrar que los genes de resistencia a aminoglucósidos presentes en integrones no están regulados por riboswitches, tema de controversia en el campo hasta ahora.

    Si bien todavía estamos lejos de comprender en su totalidad el éxito diferencial de cada cassette de resistencia, esta tesis doctoral ofrece una visión general y cuantificada de las fuerzas que rigen el éxito evolutivo de los cassettes de resistencia en integrones.