Perfil biomolecular de aislamientos SARM con resistencia heterogénea a vancomicina (hVISA) de circulación en Latinoamérica
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2021
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Resumen
Vancomicina es la principal opción terapéutica para tratar infecciones severas por Staphylococcus aureus resistente a meticilina, por lo tanto, la emergencia de aislamientos con resistencia intermedia heterogénea a vancomicina (hVISA) pone en riesgo la efectividad de antibiótico ocasionando un aumento en las fallas terapéuticas y estancias hospitalarias. Este fenotipo no se identifica de forma rutinaria por medio de las metodologías estándar de susceptibilidad, en donde hacen parte de los aislamientos susceptibles a la vancomicina y por lo cual su identificación se realiza empleando metodologías dispendiosas no que no se realizan en laboratorios clínicos de diagnóstico. Adicionalmente, el mecanismo de resistencia hVISA involucra cambios genéticos y fisiológicos que afectan el metabolismo celular originando alteraciones principalmente en la envoltura celular. Desafortunadamente, a pesar de que la identificación y la caracterización de cepas hVISA han revelado varias alteraciones genéticas potencialmente asociadas al desarrollo del fenotipo, estas no han sido consistentes en todos los aislamientos con este fenotipo y, por tanto, no han permitido esclarecer el mecanismo molecular. Por otro lado, la epidemiologia de las infecciones por SARM es dinámica a nivel mundial; se ha caracterizado por la emergencia y evolución de clones que se establecen en países o regiones específicas. Por esta razón, este trabajo identificar el perfil biomolecular de los aislamientos SARM con fenotipo hVISA que causan infecciones en pacientes en Latinoamérica, por medio de la integración de características genómicas, transcriptómicas y metabolómicas.
A partir de 538 aislamientos SARM, se identificaron 30(5.6%) aislamientos con el fenotipo hVISA por métodos basados en E-test, pertenecientes en su mayoría al clon Chileno/Cordobés ST5, sin embargo, de estos, solo 3(0.56%) fueron confirmados mediante perfil de análisis poblacional/área bajo la curva (PAP/AUC). El genoma de estos aislamientos se analizó empleando la búsqueda de cambios puntuales reportados en la literatura asociados al fenotipo, detección de cambios genéticos que discriminen entre hVISA y VSSA por medio de análisis GWAS (Genome-wide association studies) y discriminante lineal (LDA). De igual manera se caracterizó el transcriptoma y metaboloma de hVISA confirmados por PAP/AUC con el propósito de identificar los procesos fisiológicos alterados. A nivel genómico se identificaron tres cambios predominantes (90% de los hVISA) asociados a sistemas reguladores (VraT-E156G y WalK-L14I) y a la autolisina Atl-Y38H; mientras que por el análisis de GWAS y LDA se identificaron 11 cambios comunes asociados a virulencia (adhesina SdrC,D), transportadores de membrana, metabolismo de carbohidratos y aminoácidos. Algunos de estos hallazgos se correlacionaron con los hallazgos transcripcionales identificados como sobrexpresión en sdrD y lacE y específicamente en los hVISA-ST5 como sobreexpresión en la capsula y sistema de secreción Ess. Otro hallazgo muy interesante fue la sobrexpresión de cidA que está involucrado en al ciclo de ácido tricarboxilico en cual se encuentra alterado en los aislamientos hVISA que conlleva a una reducción de síntesis de aminoácidos (valina, leucina y treonina) y nucleósidos.
Estos resultados ponen en evidencia la detección y caracterización del fenotipo hVISA en la región y que, los cambios adaptativos presentes en los hVISA parecen ser conservados entre linajes como el ST5, los cuales afectan principalmente sistemas reguladores, autolisinas y factores de virulencia.
Descripción
Abstract
Vancomycin is the main therapeutic option to treat severe infections due to methicillin-resistant Staphylococcus aureus; for this reason, the emergence of resistance including isolates with heterogeneous intermediate resistance to vancomycin (hVISA) threats the effectiveness of the antibiotic, with an increase of therapeutic failure and hospital costs. Additionally, the hVISA phenotype is not routinely identified by standard methodologies and isolates with this phenotype are frequently categorized as vancomycin susceptible isolates; hVISA identification is performed using more complex methodologies that are not performed in clinical laboratories.Worsening this scenario, the hVISA resistance mechanism is complex; it involves genetic and physiological changes that affect cell metabolism, causing alterations mainly in the cell envelope. Despite the fact that the identification and characterization of hVISA strains have revealed several genetic alterations potentially associated with the development of the phenotype, these have not been consistent in all the isolates with this phenotype and, therefore, have not allowed to clarify the molecular mechanism. On another hand, the epidemiology of MRSA infections is very variable worldwide; it has been characterized by the emergence and evolution of clones that are established in specific countries or regions. For this reason, this work identifies the biomolecular profile of MRSA isolates with hVISA phenotype that cause infections in patients in Latin America, through the integration of genomic, transcriptomic and metabolomic analyses.
A total of 30 (5.6%) out of the 538 MRSA isolates evaluated in this study exhibited the hVISA phenotype (by E-test-based methods). Interestingly, the majority of the hVISA isolates belonged to the Chilean / Cordobes ST5 clone. Surprisingly, using the population analysis profile / area under the curve (PAP / AUC) test, only 3 isolates (0.56% of the total of MRSA) were confirmed as hVISA. The isolates were genomically analyzed using previously reported changes associated with the phenotype, in order to detect genetic changes that discriminate between hVISA and VSSA isolates by means of GWAS (Genome-wide association studies) and linear discriminant (LDA) analysis. Similarly, the transcriptome and metabolome of the hVISA isolates confirmed by PAP / AUC were characterized in order to identify altered physiological processes. At the genomic level, three predominant changes were identified in 90% of the hVISA isolates, these were associated with regulatory systems (VraT-E156G and WalK-L14I) and with the autolysin Atl-Y38H; while the GWAS and LDA analysis identified 11 common changes associated with virulence (adhesin SdrC, D), membrane transporters, carbohydrate and amino acid metabolism. Some of these findings were linked with the transcriptional findings identified as under-expression in sdrD and lacE and specifically in hVISA-ST5 as over-expression in the capsule and Ess secretion system. Interesting. We also found the under-expression of cidA, which is involved in the tricarboxylic acid cycle in which it is altered in the hVISA isolates, which leads to a reduction in the synthesis of amino acids (valine, leucine and threonine) and nucleosides.
These results show the detection and characterization of the hVISA phenotype in the Latin American region and suggest that the adaptive changes present in hVISA seem to be conserved among lineages such as ST5. The main findings show alterations in S. aureus regulatory systems, autolysins and virulence factors.
Palabras clave
hVISA, Vancomicina, Bacteremia, SARM
Keywords
hVISA, Vancomycin, Bacteremia, MRSA
Temáticas
Vancomicina
Estudios Epidemiológicos
Bacteriemia
Fenómenos Fisiológicos Celulares
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