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Abstract(s)
ABSTRACT - Bacterial infections are a worldwide concern. Strains responsible for these infections, such as carbapenem-resistant-Enterobacterales, have acquired a wide variety of carbapenemases becoming resistant to a large range of carbapenems, especially Klebsiella pneumoniae strains. In these species, the prominent genes coding for carbapenemases appear to be blaKPC and blaOXA. As a result, this project focused on global diversity and phylogenetic analyses, as well as on the molecular detection of these two genes. For phylogenetic diversity analyses, we obtained 88 blaKPC and 428 blaOXA reference sequences from the NCBI. These sequences were then used in a programmatic tblastn against the entire nucleotide database at NCBI for taxonomic dispersion analyses, yielding 1232 blaKPC and 2204 blaOXA alleles. Three KPC groups and five OXA groups could thus be established. Furthermore, we discovered three Tn4401 isoforms (Tn4401a, Tn4401b, and Tn4401d) linked to 450 blaKPC, as well as a blaKPC-31 gene found in a Tn4401d. A blaOXA-51 gene was discovered in Salmonella and five blaOXA-58 genes in Proteus. Furthermore, using herein-designed oligonucleotides, blaKPC or blaOXA genes were successfully amplified from 52 Enterobacterales isolates. Also, no correlation was found between the carriage of blaKPC-181 and altered susceptibility to ceftazidime-avibactam. Overall, we were able to establish previously unreported KPC groups, identify a blaKPC-31 gene within a Tn4401d, and the presence of a blaOXA-51 gene in Salmonella. Additionally, a specific multiplex PCR detection method was designed and implemented for blaKPC and blaOXA-48-like while also establishing no correlation between the emergence of blaOXA-181 and decreased susceptibility to ceftazidime-avibactam.
RESUMO - As infeções bacterianas são um problema global. As estirpes responsáveis por essas infeções, como as Enterobacterales resistentes a carbapenemos, têm vindo a adquirir vários genes que codificam para carbapenemases, particularmente as estirpes de Klebsiella pneumoniae. Nesta espécie, os genes mais relevantes parecem ser os blaKPC e blaOXA. Consequentemente, este projeto focou-se na diversidade global e análise filogenética, bem como na deteção molecular desses dois genes. A partir das análises de diversidade filogenética, obtivemos do NCBI 88 blaKPC e 428 blaOXA sequências de referência. Essas sequências foram usadas num tblastn programático contra todo o banco de dados nucleotídico do NCBI para a análise de dispersão taxonómica, tendo-se obtido 1232 e 2204 sequencias blaKPC e blaOXA, respetivamente. Foi possível identificar três grupos de blaKPC e cinco grupos de blaOXA, tendo sido identificadas três isoformas de Tn4401 (Tn4401a, Tn4401b, and Tn4401d) associadas a 450 blaKPC. Identificou-se ainda um gene blaKPC-31 posicionado num Tn4401d. Um gene blaOXA-51 foi identificado em Salmonella e cinco genes blaOXA-58 em Proteus. Adicionalmente, utilizando primers desenhados neste estudo, ambos os genes foram amplificados com sucesso em 52 isolados de Enterobacterales tendo-se ainda verificado a ausência de correlação entre o gene blaOXA-181 e menos suscetibilidade à ceftazidima-avibactam. Concluindo, foi possível estabelecer grupos de blaKPC não relatados anteriormente, identificar um gene blaKPC-31 num Tn4401d e um gene blaOXA-51 em Salmonella. Suplementarmente, foi desenhado e implementado um PCR-multiplex para a deteção da presença de genes blaKPC e blaOXA-48-like estabelecendo também a ausência de relação entre o gene blaOXA-181 e diminuição da suscetibilidade à ceftazidima-avibactam.
RESUMO - As infeções bacterianas são um problema global. As estirpes responsáveis por essas infeções, como as Enterobacterales resistentes a carbapenemos, têm vindo a adquirir vários genes que codificam para carbapenemases, particularmente as estirpes de Klebsiella pneumoniae. Nesta espécie, os genes mais relevantes parecem ser os blaKPC e blaOXA. Consequentemente, este projeto focou-se na diversidade global e análise filogenética, bem como na deteção molecular desses dois genes. A partir das análises de diversidade filogenética, obtivemos do NCBI 88 blaKPC e 428 blaOXA sequências de referência. Essas sequências foram usadas num tblastn programático contra todo o banco de dados nucleotídico do NCBI para a análise de dispersão taxonómica, tendo-se obtido 1232 e 2204 sequencias blaKPC e blaOXA, respetivamente. Foi possível identificar três grupos de blaKPC e cinco grupos de blaOXA, tendo sido identificadas três isoformas de Tn4401 (Tn4401a, Tn4401b, and Tn4401d) associadas a 450 blaKPC. Identificou-se ainda um gene blaKPC-31 posicionado num Tn4401d. Um gene blaOXA-51 foi identificado em Salmonella e cinco genes blaOXA-58 em Proteus. Adicionalmente, utilizando primers desenhados neste estudo, ambos os genes foram amplificados com sucesso em 52 isolados de Enterobacterales tendo-se ainda verificado a ausência de correlação entre o gene blaOXA-181 e menos suscetibilidade à ceftazidima-avibactam. Concluindo, foi possível estabelecer grupos de blaKPC não relatados anteriormente, identificar um gene blaKPC-31 num Tn4401d e um gene blaOXA-51 em Salmonella. Suplementarmente, foi desenhado e implementado um PCR-multiplex para a deteção da presença de genes blaKPC e blaOXA-48-like estabelecendo também a ausência de relação entre o gene blaOXA-181 e diminuição da suscetibilidade à ceftazidima-avibactam.
Description
This work was performed at the Bacterial Pathogenomics and Drug Resistance Lab at iMed.ULisboa. This work was partially funded by Fundação para a Ciência e Tecnologia [UID/DTP/04138/2019].
Mestrado em Tecnologias Moleculares em Saúde
Mestrado em Tecnologias Moleculares em Saúde
Keywords
KPC OXA CRE Klebsiella pneumoniae Tn4401
Citation
Nunes CS. Global diversity, phylogenetic analysis and molecular detection of blaKPC and blaOXA genes [dissertation]. Lisboa: Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa/Instituto Politécnico de Lisboa; 2023.
Publisher
Instituto Politécnico de Lisboa, Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa