Colonización nasal por Staphylococcus Coagulasa Negativos y Composición del Microbioma de pacientes de la Unidad de Cuidados Intensivos de Hospitales de Colombia
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Resumen
Introducción: En los entornos de cuidado intensivo las infecciones por Staphylococcus coagulasa negativo (SCoN) plantean desafíos de importancia clínica por varios factores. Los pacientes de la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) son pacientes vulnerables que presentan varios factores de riesgo que los hacen más susceptibles a las infecciones, esto se puede relacionar a su enfermedad de base, a los procedimientos invasivos que el paciente requiera y a la colocación de elementos invasivos que rompen la barrera de la piel y facilitan el ingreso de patógenos al organismo. En el entorno de UCI las infecciones por SCoN conlleva retos y desafíos de alta importancia clínica que se relaciona a varios factores como su relación con infecciones en humanos, y aunque son solo unas pocas especies asociadas con estas infecciones, se encuentran colonizando distintos nichos en piel y mucosas, con frecuencia portan distintos factores de virulencia, así como la posibilidad de prosperar en las superficies de los cuerpos extraños insertados, que además, son muy necesarios y comunes en la gran mayoría de pacientes hospitalizados y/o en UCI.
Objetivos: Determinar la frecuencia de la colonización nasal por SCoN y caracterización del microbioma nasal de pacientes de la unidad de cuidados intensivos (UCI) en hospitales de Colombia.
Población de estudio: El presente trabajo es un estudio descriptivo en el que se incluyeron aislamientos bacterianos recuperados de pacientes de UCI, así como sus muestras nasales para estudio de microbioma, parte de un estudio financiado por Minciencias Código 130880764152 CT 776-2018.
Materiales y métodos: Este estudio incluyó 44 aislamientos de Staphylococcus spp. recuperados del tamizaje nasal de 37 pacientes de UCI de tres hospitales de dos ciudades de Colombia, Pereira (1 hospital) y Bogotá (2 hospitales) empleando medios cromogénicos. Se realizó primero la identificación molecular de SCoN por medio de PCR multiplex y luego secuenciación del microbioma nasal (región V4 de la subunidad 16S del ARNr) por medio de la plataforma Illumina y posterior análisis por herramientas bioinformáticas. Se calcularon las frecuencias de colonización de especies de SCoN en los pacientes, por hospital y ciudad. Luego se analizó la abundancia relativa taxonómica para describir la composición general del microbioma nasal en dos grupos de pacientes colonizados por SCoN que presentaba el gen mecA que codifica para el determinante de resistencia a meticilina (mecA+) comparado a pacientes colonizados por SCoN que no tenían el mecA. Además, se calculó la α-diversidad microbiana (mediante índices de Shannon y Simpson, y riqueza) en estos 2 grupos de pacientes.
Resultados: Identificamos 28 pacientes que presentaron colonización nasal por SCoN, y de estos 19 (68%) pacientes estaban colonizados por SCoN mecA (+). Además, encontramos S. epidermidis en 10 pacientes y de estos 2 pacientes estaban colonizados con S epidermidis mecA (+). Así, 22 pacientes de los 37 pacientes (59%) presentaron colonización con Staphylococcus spp. mecA (+). En la caracterización de microbioma se observó que Staphylococcus y Corynebacterium fueron los géneros más abundantes. Además, se identificaron diferencias en la composición microbiana entre los dos grupos: en el grupo de pacientes colonizados por SCoN mecA (+) los géneros Prevotella (7%) y Acinetobacter (5%) fueron más abundantes que en el grupo SCoN mecA (-) que tuvieron abundancias de 2% y 0% para cada genero respectivamente. Mientras que en el grupo de pacientes colonizados por SCoN mecA (-) se observó una mayor proporción de Enterobacteriaceae no clasificado (10%), Streptococcus (5%) y Dolosigranulum (3%) comparado al grupo SCoN mecA (+) que presentaron abundancias de estos 3 géneros de 0%, 1% y 0%, respectivamente. También, en el análisis de diversidad no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los dos grupos de pacientes. Sin embargo, se observó una ligera tendencia a una mayor riqueza de taxones, así como valores más altos en índices de Shannon y Simpson en los microbiomas de los pacientes colonizados por SCoN mecA (-).
Conclusiones: Se encontró una alta frecuencia (78%) de colonización nasal por SCoN en pacientes de la UCI de 3 hospitales de 2 ciudades de Colombia y los SCoN presentaron en alta frecuencia (54%) el gen mecA de resistencia a meticilina. En las muestras de hisopados nasales de pacientes de UCI incluidos en el estudio únicamente identificamos SCoN, pero no S. aureus. Predomino la colonización por S. epidermidis (32%) en pacientes del hospital de Pereira y en los hospitales Bogotá domino SCoN con mecA en 62%. En el análisis del microbiota nasal de pacientes de UCI colonizados por SCoN se observó predominancia de Staphylococcus y Corynebacterium. Pseudomonas estuvo presente en microbioma nasal de los dos grupos de pacientes con abundancia similar. En el grupo colonizado por SCoN mecA -, Enterobacterales y Dolosigranulum fueron géneros exclusivos en el microbioma nasal, mientras que Acinetobacter Campylobacter y Fenollaria fueron los géneros que se encontraron únicamente en pacientes colonizados por SCoN mecA+
Descripción
Abstract
Introduction: In intensive care settings, coagulase-negative Staphylococcus (CoNS) infections pose clinically significant challenges due to several factors. Intensive Care Unit (ICU) patients are vulnerable and present several risk factors that make them more susceptible to infections. This may be related to their underlying disease, the invasive procedures they require, and the placement of invasive devices that break the skin barrier and facilitate the entry of pathogens into the body. In the ICU setting, CoNS infections pose highly clinically significant challenges related to several factors, such as their association with human infections. Although only a few species are associated with these infections, they are found colonizing different niches in the skin and mucous membranes, frequently carrying different virulence factors, and the ability to thrive on the surfaces of inserted foreign bodies. Furthermore, these foreign bodies are necessary and common in the vast majority of hospitalized and/or ICU patients.
Objectives: To determine the frequency of nasal colonization by CoNS and to characterize the nasal microbiome of intensive care unit (ICU) patients in Colombian hospitals.
Study population: This descriptive study included bacterial isolates recovered from ICU patients, as well as their nasal samples, for microbiome analysis. This study was funded by Minciencias (Ministry of Sciences, Code 130880764152 CT 776-2018).
Materials and methods: This study included 44 Staphylococcus spp. isolates recovered from nasal screening of 37 ICU patients from three hospitals in two Colombian cities, Pereira (1 hospital) and Bogotá (2 hospitals), using chromogenic media. Molecular identification of CoNS was first performed using multiplex PCR, followed by sequencing of the nasal microbiome (V4 region of 16S rRNA) using the Illumina platform and subsequent analysis using bioinformatics tools. The colonization frequencies of CoNS species in patients were calculated by hospital and city. Relative taxonomic abundance was then analyzed to describe the overall composition of the nasal microbiome in two groups of patients colonized by CoNS harboring the mecA gene encoding the methicillin resistance determinant (mecA+) compared to patients colonized by CoNS who did not harbor mecA. Microbial α-diversity (using Shannon and Simpson index and richness) was also calculated in these two patient groups.
Results: We identified 28 patients with nasal colonization by CoNS, and of these, 19 (68%) were colonized by CoNS mecA+. In addition, we found S. epidermidis in 10 patients, and of these, 2 were colonized with S. epidermidis mecA+. Thus, 22 of the 37 patients (59%) were colonized with Staphylococcus spp. mecA (+) strains. Microbiome characterization showed that Staphylococcus and Corynebacterium were the most abundant genus. Furthermore, differences in microbial composition were identified between the two groups: in the CoNS mecA (+) colonized patient group, the genus Prevotella (7%) and Acinetobacter (5%) were more abundant than in the CoNS mecA (-) group, which had abundances of 2% and 0% for each genus, respectively. Meanwhile, in the CoNS mecA (-) colonized patient group, a higher proportion of unclassified Enterobacteriaceae (10%), Streptococcus (5%), and Dolosigranulum (3%) was observed compared to the CoNS mecA (+) group, which presented abundances of these three genera of 0%, 1%, and 0%, respectively. Likewise, in the diversity analysis, no statistically significant differences were found between both patient groups. However, a slight trend toward greater taxon richness, as well as higher Shannon and Simpson index was observed in the microbiomes of patients colonized by CoNS.mecA (-)
Conclusions: A high frequency (78%) of nasal colonization by CoNS was found in ICU patients from 3 hospitals in 2 cities in Colombia, and the CoNS presented a high frequency (54%) of the methicillin-resistant gene mecA. In the nasal swab samples from ICU patients, we only identified CoNS, but not S. aureus. S. epidermidis colonization predominated in patients at the Pereira hospital (32%), and in Bogotá hospitals CoNS with mecA dominated in 62%. The analysis of the nasal microbiota of ICU patients colonized by CoNS showed a predominance of the genus Staphylococcus and Corynebacterium. Pseudomonas was present in the nasal microbiome of both groups of patients with similar abundance. Enterobacterales and Dolosigranulum were genus found exclusively in the nasal microbiome of SCoN mecA - colonized group, whereas Acinetobacter, Campylobacter and Fenollaria were found only in SCoN mecA+ colonized patients
Palabras clave
Colonización nasal, SCoN, Colonización nasal, mecA, UCI