Exploring the clinical environment as a reservoir for potential pathogens: integrating culturomics, proteomics and genomics for infection control
- Autores: Jose Maria Serpa Laço
- Directores de la Tesis: Margarita Gomila Ribas (dir. tes.), Balbina Nogales Fernández (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2025
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 252
- Tribunal Calificador de la Tesis: Cristina Sánchez-Porro Álvarez (presid.), Rafael Bosch Zaragoza (secret.), Ivan Mijakovic (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Microbiología Ambiental y Biomédica por la Universidad de las Illes Balears
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
En esta tesis doctoral, se recuperaron 1058 aislados de desagües de lavabos de seis áreas hospitalarias diferentes: dos de la Unidad de Cuidados Intensivos (ICU y ICU_New), y una de las áreas de Medicina General (GM), Hematología (H), Unidad de corta estancia (UCE) y el laboratorio de Microbiología (MS), durante un período de un año (marzo de 2022 a marzo de 2023). Todas las muestras se cultivaron tanto en medios de cultivo selectivos como no selectivos. Los aislados obtenidos se identificaron mediante MALDI-TOF MS, y un subconjunto de estps se confirmó mediante secuenciación del gen 16S rRNA. Los aislamientos recuperados de medios de agar suplementados con antibióticos se sometieron a pruebas de susceptibilidad antimicrobiana. Con base en las bacterias más prevalentes encontradas, se seleccionaron cuatro grupos para llevar a cabo análisis adicionales utilizando WGS y enfoques bioinformáticos: Stenotrophomonas spp., Klebsiella pneumoniae, especies del grupo Pseudomonas putida y P. aeruginosa. Además, los aislados de Pseudomonas se analizaron mediante herramientas de proteotipado.
Los resultados revelaron una microbiota dinámica y diversa en los desagües de los lavabos, que abarca patógenos nosocomiales bien establecidos (por ejemplo, P. aeruginosa o K. pneumoniae) junto con especies menos conocidas o previamente no reconocidas del grupo P. putida y el género Stenotrophomonas. La culturómica resultó esencial para refinar las asignaciones taxonómicas, exponiendo una alta diversidad, especialmente en las áreas de ICU y GM. El uso de bioinformática para análisis de WGS y proteómica identificó nuevos genes de resistencia a antibióticos (ARGs), elementos genéticos móviles y biomarcadores proteicos específicos de especies, destacando el papel del entorno hospitalario como caldo de cultivo para la resistencia antimicrobiana y la evolución de patógenos.
Estos hallazgos subrayan la importancia de estrategias de vigilancia continua que se extiendan más allá de las áreas convencionales de alto riesgo, ofreciendo información accionable para medidas de prevención, control de infecciones y futuras investigaciones dirigidas a abordar de manera preventiva amenazas emergentes en entornos clínicos.
- català
Les infeccions associades a l'atenció sanitària (HAIs) continuen plantejant seriosos reptes en els entorns clínics, i els reservoris ambientals, com els desaigües dels lavabos hospitalaris, han emergit com a depòdits crítics per a la persistència i disseminació bacteriana. La culturòmica ha estat desplaçada per estudis de metagenòmica, que no permeten l'aïllament bacterià. Aquests entorns també poden actuar com a reservoris no només de bacteris, sinó també de gens de resistència als antibiòtics i de virulència.
En aquesta tesis doctoral, es van recuperar 1058 aïllats de desaigües de lavabos de sis unitats hospitalàries diferents: dues de les unitats de cures intensives (ICU i ICU_New), i un de les àrees de Medicina General (GM), Hematologia (H), la Unitat d'Estada Curta (UCE) i el laboratori de Microbiologia (MS), durant un període d'un any (març de 2022 a març de 2023). Totes les mostres es van cultivar en medis de cultiu selectius i no selectius, i es van identificar mitjançant MALDI-TOF MS. Un conjunt d'aïllats es va caracteritzar de forma més precisa mitjançant la seqüenciació del gen 16S rRNA. Els aïllats recuperats en medi d'agar suplementat amb antibiòtics es van sotmetre a proves de susceptibilitat antimicrobiana. Basant-se en les espècies bacterianes més prevalents identificades, es van seleccionar quatre grups per a una anàlisi posterior utilitzant WGS i enfocaments bioinformàtics: Stenotrophomonas spp., Klebsiella pneumoniae, espècies del grup Pseudomonas putida i P. aeruginosa. A més, els aïllats de Pseudomonas es van analitzar mitjançant eines de proteotipatge.
Els resultats van revelar una microbiota dinàmica i diversa als desaigües, que inclou patògens nosocomials ben coneguts (per exemple, P. aeruginosa, K. pneumoniae) juntament amb espècies menys conegudes potencial patògenes o prèviament no reconegudes del grup P. putida i del gènere Stenotrophomonas. La culturòmica va resultar essencial per a afinar les assignacions taxonòmiques, exposant una alta diversitat, especialment a les unitats d'ICU i GM. L'ús de la bioinformàtica per a les anàlisis de WGS i proteòmica va identificar nous gens de resistència als antibiòtics (ARGs), elements genètics mòbils i biomarcadors proteics específics d'espècies, destacant el paper de l'entorn hospitalari com a caldo de cultiu per a la resistència antimicrobiana i l'evolució de patògens.
Aquests resultats subratllen la importància d'estratègies de vigilància contínua que s'estenguin més enllà de les àrees de risc convencionals, oferint informació pràctica per a mesures de prevenció, control d'infeccions i investigacions futures dirigides a abordar de manera preventiva les amenaces emergents en entorns clínics.
Resumen Las infecciones asociadas a la atención sanitaria (HAIs) continúan planteando serios desafíos en los entornos clínicos, y los reservorios ambientales, como los desagües de los lavabos hospitalarios, han emergido como nichos críticos para la persistencia y diseminación bacteriana. La culturómica ha sido desplazada por estudios de metagenómica, que carecen de aislamiento bacteriano. Estos entornos también pueden actuar como reservorios no solo de bacterias, sino también de genes de resistencia a antibióticos y de virulencia.
- English
Healthcare-associated infections (HAIs) continue to pose serious challenges in clinical settings. Environmental reservoirs, such as hospital sink drains, have emerged as critical niches for bacterial persistence and dissemination. Culturomics has been replaced by metagenomics studies, which lack bacterial isolation. These environments serve as reservoirs not only for bacteria, but also for antibiotic resistance and virulence genes.
In this doctoral thesis, 1,058 isolates were retrieved from sink drains across six different hospital wards, two Intensive Care Units (ICU and ICU_New), General Medicine (GM), Hematology (H), Short Stay Unit (UCE) and Microbiology Laboratory (MS), over a one-year period (March 2022 to March 2023). Samples were cultured on both selective and non-selective culture media, followed by identification using MALDI-TOF MS, with a subset confirmed through 16S rRNA gene sequencing. Isolates retrieved from antibiotic supplemented agar were subjected to antibiotic susceptibility testing. Based on the most prevalent bacteria found, four groups were selected for further analysis using WGS and bioinformatics approaches, Stenotrophomonas spp., Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas putida group species and P. aeruginosa. Furthermore, proteotyping was performed in Pseudomonas isolates.
The results revealed a dynamic and diverse microbiota in sink drains, encompassing well-established nosocomial pathogens (e.g., P. aeruginosa, K. pneumoniae) alongside lesser-known or previously unrecognized species within the P. putida group and the Stenotrophomonas genus. Culturomics proved essential for refining taxonomic assignments, exposing high diversity, especially in the ICU and GM wards. Usage of bioinformatics for WGS and proteomic analyses identified novel antibiotic resistance genes (ARGs), mobile genetic elements, and species-specific protein biomarkers, underscoring the hospital environment's role as a breeding ground for antibiotic resistance and pathogen evolution.
These findings emphasize the importance of continuous surveillance strategies that extend beyond conventional high-risk areas, offering actionable insights for infection prevention, control measures, and future research aimed at pre-emptively addressing emerging threats in clinical environments.
- español
