Sensibilidad antibiótica, epidemiología molecular y resistoma de Pseudomonas aeruginosa en España

Abstract

[spa] En las últimas décadas se ha producido un aumento en la prevalencia de las infecciones nosocomiales causadas por aislados de P. aeruginosa multirresistentes (MDR) y, particularmente, con resistencia extensa (XDR) a nivel mundial, lo que compromete gravemente la selección de tratamientos apropiados. Esta creciente amenaza es el resultado de la extraordinaria capacidad de este patógeno para desarrollar resistencia a casi todos los antibióticos disponibles mediante la selección de mutaciones cromosómicas y la adquisición horizontal de determinantes de resistencia. Además, la diseminación de los clones de alto riesgo en todo el mundo y su asociación con β-lactamasas de espectro extendido añade aún más preocupación. En este contexto, el objetivo de esta tesis fue conocer la sensibilidad antibiótica, incluidas las nuevas combinaciones ceftolozano/tazobactam y ceftazidima/avibactam, estudiar la epidemiología molecular y los mecanismos de resistencia, junto con el resistoma, de aislados de Pseudomonas aeruginosa de origen hospitalario procedentes de dos estudios multicéntricos en España. También se analizó la asociación entre los serotipos frente al antígeno O de P. aeruginosa y los perfiles de resistencia y clones de alto riesgo que circulan en España. Para ello, además de la epidemiología molecular clásica y la evaluación de los mecanismos de resistencia fenotípicamente, se empleó la secuenciación del genoma completo (WGS) para estudiar el complejo resistoma de los aislados de P. aeruginosa MDR/XDR. Los resultados del análisis de la estructura poblacional de los clones de alto riesgo y los diferentes mecanismos de resistencia involucrados, evidenciaron una importante variabilidad interhospitalaria e interregional en la prevalencia de fenotipos XDR y en la presencia de β-lactamasas. El clon de alto riesgo más prevalente y diseminado a nivel nacional fue el ST175 el cual se caracteriza por presentar resistencia a la mayoría de los agentes antipseudomónicos a excepción de ceftolozano/tazobactam, ceftazidima/avibactam, amikacina y colistina. Dicho perfil de resistencia se debe a una combinación de múltiples mutaciones cromosómicas específicas en AmpR (G154R), OprD (Q142X), MexZ (G195D) y en la región QRDR de GyrA (T83I y D87N) y ParC (S87W). También se documentó que el serotipo O4 estaba fuertemente vinculado ST175 con perfil MDR/XDR. Las metalo-β-lactamasas (MBL) fueron las carbapenemasas más frecuentemente detectadas entre los aislados de P. aeruginosa XDR, en concreto las de tipo VIM. En conjunto, los resultados de este trabajo ponen de manifiesto la importancia de mantener un sistema de vigilancia activa de la resistencia en P. aeruginosa a nivel local y nacional, que incluya tanto el análisis de la epidemiología genómica, los patrones de sensibilidad, así como los mecanismos de resistencia emergentes, tanto mutacionales como transferibles, a los nuevos antipseudomónicos.

[cat] En les darreres dècades, s’ha produït un augment en la prevalença de les infeccions nosocomials causades per aïllats de P. aeruginosa multiresistents (MDR) i, particularment, amb resistència extensa (XDR) a nivell mundial, fet que compromet greument la selecció de tractaments adequats. Aquesta amenaça creixent és el resultat de l’extraordinària capacitat d’aquest patogen per desenvolupar resistència a gairebé tots els antibiòtics disponibles mitjançant la selecció de mutacions cromosòmiques i l’adquisició horitzontal de determinants de resistència. A més, la disseminació dels clons d’alt risc arreu del món i la seva associació amb β-lactamases d’espectre estès afegeix encara més preocupació. En aquest context, l’objectiu d’aquesta tesi va ser conèixer la sensibilitat antibiòtica, incloses les noves combinacions ceftolozà/tazobactam i ceftazidima/avibactam, estudiar l’epidemiologia molecular i els mecanismes de resistència, juntament amb el resistoma, d’aïllats de P. aeruginosa d’origen hospitalari procedents de dos estudis multicèntrics a Espanya. També es va analitzar l’associació entre els serotips front a l’antigen O de P. aeruginosa i els perfils de resistència i clons d’alt risc que circulen a Espanya. Per fer-ho, a més de l’epidemiologia molecular clàssica i l’avaluació dels mecanismes de resistència fenotípicament, es va emprar la seqüenciació del genoma complet (WGS) per estudiar el complex resistoma dels aïllats de P. aeruginosa MDR/XDR. Els resultats de l’anàlisi de l’estructura poblacional dels clons d’alt risc i els diferents mecanismes de resistència implicats van evidenciar una important variabilitat interhospitalària i interregional en la prevalença de fenotips XDR i en la presència de β-lactamases. El clon d’alt risc més prevalent i disseminat a nivell nacional va ser el ST175, caracteritzat per presentar resistència a la majoria dels agents antipseudomonics excepte ceftolozà/tazobactam, ceftazidima/avibactam, amicacina i colistina. Aquest perfil de resistència es deu a una combinació de múltiples mutacions cromosòmiques específiques a AmpR (G154R), OprD (Q142X), MexZ (G195D) i a la regió QRDR de GyrA (T83I i D87N) i ParC (S87W). També es va documentar que el serotip O4 estava fortament vinculat al ST175 amb perfil MDR/XDR. Les metalo-β-lactamases (MBL) van ser les carbapenemases més freqüentment detectades entre els aïllats de P. aeruginosa XDR, en concret les de tipus VIM. En conjunt, els resultats d’aquest treball posen de manifest la importància de mantenir un sistema de vigilància activa de la resistència a P. aeruginosa a nivell local i nacional, que inclogui tant l’anàlisi de l’epidemiologia genòmica, els patrons de sensibilitat com també els mecanismes de resistència emergents, tant mutacionals com transferibles, als nous antipseudomonics.

[eng] In recent decades, there has been an increase in the prevalence of nosocomial infections caused by multidrug-resistant (MDR) and, particularly, extensively drug-resistant (XDR) P. aeruginosa isolates worldwide, significantly compromising the selection of appropriate treatments. This growing threat is the result of the extraordinary ability of this pathogen to develop resistance to nearly all available antibiotics through the selection of chromosomal mutations and the horizontal acquisition of resistance determinants. Furthermore, the global dissemination of high-risk clones and their association with extended-spectrum β-lactamases adds to the concern. In this context, the objective of this thesis was to assess antibiotic susceptibility, including the new combinations ceftolozane/tazobactam and ceftazidime/avibactam, study the molecular epidemiology and resistance mechanisms, along with the resistome, of P. aeruginosa isolates of hospital origin collected from two multicenter studies in Spain. The association between the serotypes of the P. aeruginosa O-antigen and resistance profiles, as well as high-risk clones circulating in Spain, was also analyzed. To achieve this, in addition to classical molecular epidemiology and phenotypic evaluation of resistance mechanisms, whole genome sequencing (WGS) was employed to study the complex resistome of MDR/XDR P. aeruginosa isolates. The results of the analysis of the population structure of high-risk clones and the different resistance mechanisms involved revealed significant inter-hospital and inter-regional variability in the prevalence of XDR phenotypes and the presence of β-lactamases. The most prevalent and widespread high-risk clone nationwide was ST175, which is characterized by resistance to most antipseudomonal agents except ceftolozane/tazobactam, ceftazidime/avibactam, amikacin, and colistin. This resistance profile is due to a combination of multiple specific chromosomal mutations in AmpR (G154R), OprD (Q142X), MexZ (G195D), and in the QRDR region of GyrA (T83I and D87N) and ParC (S87W). Additionally, serotype O4 was strongly linked to ST175 with an MDR/XDR profile. Among XDR P. aeruginosa isolates, metallo-β-lactamases (MBLs), specifically VIM-type, were the most frequently detected carbapenemases. Overall, the findings of this work highlight the importance of maintaining an active surveillance system for resistance in P. aeruginosa at both local and national levels. This system should include genomic epidemiology analysis, susceptibility patterns, and emerging resistance mechanisms, both mutational and transferable, to the new antipseudomonal agents.