Disseminação horizontal de genes que codificam para β-lactamases de espectro alargado em isolados de enterobacteriaceae de origem hospitalar

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

A família Enterobacteriaceae é composta por uma variedade de géneros e espécies de bacilos de Gram negativo que podem ser responsáveis por várias infecções, sendo Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae as espécies mais frequentemente envolvidas. Os antibióticos β-lactâmicos e as fluoroquinolonas constituem as principais escolhas terapêuticas para o tratamento das infecções provocadas por estes microrganismos. A resistência aos antibióticos β-lactâmicos em Enterobacteriaceae está fundamentalmente associada a genes que codificam para beta-lactamases de espectro alargado (ESBLs), principalmente genes blaTEM, blaSHV e blaCTX-M. Estes podem ser disseminados por expansão clonal ou por mecanismos de transferência horizontal (THG). A THG consiste na transferência de material genético para outro organismo que não seja seu descendente. Essa transferência ocorre por intervenção de elementos genéticos móveis, assumindo os plasmídeos conjugativos um papel preponderante na sua disseminação. Desta forma, com o presente estudo pretendeu-se avaliar a frequência de dispersão dos genes blaESBLs por conjugação em isolados de Enterobacteriaceae de origem hospitalar de Portugal, bem como comparar essa taxa de transferência entre diferentes espécies e tipos de genes blaESBL. Para isso, foram estudados 210 isolados de Enterobacteriaceae previamente identificados como produtores de ESBLs obtidos de hospitais da região Norte (n=1) e Centro (n=2) de Portugal. A avaliação da transferência de genes blaESBL foi efectuada através de ensaios de conjugação em meio sólido, utilizando como estirpes receptoras Escherichia coli BM21NR ou E. coli HB101. A confirmação da transferência por conjugação dos genes blaESBL foi efectuada através do teste de duplo sinergismo. Foi detectada a transferência de genes blaESBL em 98 dos 210 isolados testados (correspondendo a uma taxa de conjugação de 47%). A transferência de genes blaESBL por conjugação foi observada em E. coli (n=84), K.pneumoniae (n=8), P. mirabilis (n=2), K. oxytoca (n=1), E. cloacae (n=1), E. aerogenes (n=1) e M. morganii (n=1). A espécie onde se observou mais frequentemente a transferência de genes blaESBL por conjugação foi E. coli, apresentando uma taxa de conjugação de 57% (84/147), seguindo-se K.pneumoniae (20%, 8/40) e E. cloacae (8%, 1/12). Entre as ESBLs do tipo TEM foi observada uma taxa de conjugação de 58% [TEM-10 (60%); TEM-52 (67%); TEM-116 (50%); outras TEM (50%)]. A frequência de conjugação foi inferior entre os isolados produtores de CTX-M [52%; CTX-M-1 (33%); CTX-M-14 (83%); CTX-M-15 (51%)] ou SHV [27%; SHV-12 (26%); outras SHV (33%)]. Neste estudo verificou-se que é frequente a disseminação de genes blaESBL por conjugação em isolados de Enterobacteriaceae de origem hospitalar em Portugal. Constatou-se ainda que E. coli foi a espécie em que se observou uma maior taxa de transferência por conjugação de genes blaESBL. As ESBLs do tipo TEM-52 e CTX-M-14 foram as que apresentaram taxas de transferência por conjugação mais elevadas, estando possivelmente associadas a plasmídeos narrow-host range. SHV-12 foi a ESBL cuja transferibilidade esteve associada a maior diversidade de espécies, provavelmente demonstrando o sucesso da disseminação de plasmídeos contendo esta ESBL em Portugal.

Enterobacteriaceae is composed by a variety of genus and species of negative Gram bacteria that may be responsible for many infections, being Escherichia coli and Klebsiella pneumonia the most frequently involved. The β-lactam antibiotics and fluoroquinolones are the main therapeutic choices for the treatment of infections caused by these microorganisms. The resistance to β-lactam antibiotics in Enterobacteriaceae is fundamentally linked to genes encoding Extended-Spectrum Beta-Lactamases (ESBLs), particularly blaTEM, blaSHV and blaCTX-M. These can be spread by clonal expansion or by Horizontal Gene Transfer (HGT) mechanisms. The HGT is the mobilization of genetic material to another organism that is not its offspring and occurs through the intervention of mobile genetic elements, assuming the conjugative plasmids a leading role. The present study aimed to evaluate the dispersion frequency of blaESBLs genes by conjugation in Enterobacteriaceae isolates of hospital origin and to compare the transfer rate between different species and diverse blaESBL genes. For this work, 210 Enterobacteriaceae isolates previously identified as ESBL producers were analysed. They were obtained from hospitals in the Northern (n=1) and Central (n=2) regions of Portugal. The evaluation of blaESBL gene transfer was carried out by conjugation tests on solid medium, using Escherichia coli BM21NR or E. coli HB101 as receptor strains. The transfer by conjugation of blaESBL genes was confirmed using the double disk synergy test (DDST). The transfer of blaESBL genes was detected in 98 of the 210 isolates tested (corresponding to a conjugation rate of 47%). Transfer by conjugation of blaESBL genes was observed in E. coli (n=84), K.pneumoniae (n=8), P. mirabilis (n=2), K. oxytoca (n=1), E. cloacae (n=1), E. aerogenes (n=1) and M. morganii (n=1). The species where the transfer by conjugation of blaESBL genes was more frequently observed was E. coli 57% (84/147), followed by K.pneumoniae (20%, 8/40) and E. cloacae (8%, 1/12). Among the TEM-type ESBLs, a conjugation rate of 58% was observed [TEM-10 (60%); TEM-52 (67%); TEM-116 (50%); other TEM (50%)]. The conjugation frequency was lower among the CTX-M - 52%; CTX-M-1 (33%); CTX-M-14 (83%); CTX-M-15 (51%) or SHV - 27%; SHV-12 (26%); other SHV (33%) – producing isolates. This study confirmed that the dissemination of blaESBL genes by conjugation in Enterobacteriaceae isolates of hospital origin is relatively frequent. E. coli was the species where a higher rate of transfer by conjugation of blaESBL genes was observed. The TEM-52 and CTX-M-14 ESBLs were those with higher transfer rates by conjugation, being possibly associated to narrow-host range plasmids. SHV-12 was the ESBL whose transferability was associated to a larger diversity of species, demonstrating the success of dissemination of plasmids containing this ESBL.