Avaliação dos mecanismos adquiridos de resistência a antimicrobianos em enterobactérias produtoras de carbapenemases por sequenciamento de nova geração

Abstract

O objetivo deste trabalho foi caracterizar os mecanismos adquiridos de resistência de isolados de enterobactérias produtoras de carbapenemases utilizando a tecnologia de sequenciamento de nova geração. Foram incluídos no estudo quatro isolados – três Escherichia coli e uma Serratia marcescens – produtores de diferentes carbapenemases – OXA-370, KPC-2, NDM-1 e GES-5, respectivamente, obtidos a partir de um estudo de vigilância para detecção de carbapenemases. O DNA total dos isolados foi extraído utilizando kits comerciais e submetido à fragmentação enzimática para a obtenção de bibliotecas genômicas de aproximadamente 300 pares de bases. Após a preparação das bibliotecas, elas foram carregadas em chips 316 v2 para a plataforma Ion Torrent PGM e submetidas ao sequenciamento, utilizando um programa de 850 flows. Para cada genoma, foram obtidos aproximadamente um milhão de reads, os quais foram submetidos ao processo de montagem para a obtenção de genomas de aproximadamente 5Mb com uma cobertura de, em média, 175 vezes. As sequências obtidas foram submetidas à anotação utilizando o sistema RAST e a ferramenta online ResFinder. Sequências de inserção foram pesquisadas utilizando a ferramenta ISFinder. Além das carbapenemases, genes que codificam para outras β-lactamases (blaTEM-1, blaCTX-M-2 blaCTX-M-8, blaOXA-1, blaOXA-2) foram encontrados em todos os genomas. AMEs (aadA1, aph(3’)-la, aac(3)-IIa, strA, strB, aac(6’)Ib-cr, aac(6’)-Ib and aac(6`)-Ic), bem como genes que codificam resistência às sulfonamidas e ao trimetoprim também foram comuns aos isolados avaliados. Os seguintes ambientes genéticos foram observados: blaOXA-370 é flanqueada pela IS5075-like, blaKPC-2 está inserida no transposon Tn4401, e blaNDM-1, no transposon Tn3000. Cada isolado de E. coli pertenceu a um sequence type (ST) distinto: 1099F pertence à ST617, 1326F, à ST648, e 2610F, à ST707. Nossos resultados indicaram a diversidade de genes de resistência que podem ser encontrados em um isolado clínico, ressaltaram a variedade de contextos genéticos em que as carbapenemases podem estar inseridas e demonstraram que o sequenciamento de nova geração pode ser utilizado como uma ferramenta para a caracterização de isolados bacterianos multirresistentes, auxiliando, entre outros aspectos, na tipagem e na identificação de determinantes de resistência.

The aim of this study was to characterize the resistome of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae using a next-generation sequencing platform. Four isolates were included in this study – three Escherichia coli and one Serratia marcescens – producing different carbapenemases – OXA-370, KPC-2, NDM-1 and GES-5, respectively, obtained from a surveillance study for carbapenemase detection. Total DNA was extracted using commercially available kits and submitted to enzymatic fragmentation to obtain libraries of around 300 base pairs of each isolate. After library preparation, they were loaded in 316 v2 chips for Ion Torrent PGM platform, and sequencing was performed using an 850 flows program. For each genome, approximately a million reads were obtained, and they were further assembled. The genome length for each isolate was of around 5Mb, with a mean coverage of 175x. The RAST system and the online tool ResFinder were used for annotation, as well as ISFinder. Besides the carbapenemases, genes encoding for other β-lactamases (blaTEM-1, blaCTX-M-2 blaCTX-M-8, blaOXA-1, blaOXA-2) were found in all genomes. AMEs (aadA1, aph(3’)-la, aac(3)-IIa, strA, strB, aac(6’)Ib-cr, aac(6’)-Ib and aac(6`)-Ic) were also detected in every isolate included in the study, as well as genes encoding for resistance determinants to sulfonamides and trimetoprim. The genetic environment of the carbapenemases was very similar to other isolates described in the literature – blaOXA-370 is flanked by IS5075-like, blaKPC-2 is inserted in transposon Tn4401, and blaNDM-1 was found in transposon Tn3000. Each isolate belonged to a distinct ST – 1099F is part of ST617, 1326F belonged to ST648 and 2610F, to ST707. Our results demonstrated the diversity of resistance determinants that can be found in a clinical isolate, highlighted the variability of genetic environments in which carbapenemases can be present and demonstrated that next-generation sequencing is a valuable tool for the characterization of multidrug-resistant isolates, and can provide information regarding the molecular typing and the identification of resistance determinants.