Epidemiología molecular en Escherichia coli procedente de fauna salvajeresistencia antimicrobiana, virulencia y diversidad y diversidad genética

Resumen

En 2014 la Organización Mundial de la Salud publicó el primer informe mundial sobre la situación de la resistencia a los antibióticos. En él destacaba la necesidad de un abordaje urgente del problema, con un enfoque One Health, que contribuyese a la protección de la Salud Pública por medio del control de la resistencia en la población humana, animal y el medio ambiente. Según la Organización Mundial de Sanidad Animal (OIE), cerca del 60% de los patógenos humanos son de origen animal. Pero la resistencia a antibióticos no se limita a las bacterias causantes de procesos infecciosos, también afecta a aquellas no patógenas presentes en diversos nichos ecológicos. Estas bacterias comensales representan igualmente una amenaza, pues pueden constituir un reservorio importante de genes de resistencia y virulencia. En esta tesis aportamos nuevos datos acerca del grado de diseminación de Escherichia coli resistente a los antibióticos en fauna silvestre, caracterizamos los clones circulantes y su potencial epidémico, analizamos los mecanismos y plataformas genéticas implicadas en el flujo humano-animal-medio ambiente e identificamos reservorios salvajes de cepas con potencial zoonótico. Por un lado, estudiamos la estructura poblacional y la caracterización molecular de la resistencia en E. coli de fauna salvaje. Observamos una moderada frecuencia de detección de cepas resistentes a los antibióticos en mamíferos (11,1%), predominando la resistencia a agentes clásicos como tetraciclinas, penicilinas y sulfonamidas. Destacó la alta prevalencia de E. coli BLEE/AmpC en aves (16%), siendo SHV-12 la principal variante implicada, seguida de CTX-M-1, CTX-M-14 y CMY-2. El 82% de las cepas BLEE aisladas de fauna silvestre mostraron un genotipo multirresistente, muchas veces en relación a la portación de integrones de clase 1 conteniendo complejos arreglos de genes cassettes. Aunque la resistencia a quinolonas estuvo mayormente mediada por mutaciones cromosómicas en GyrA/ParC, detectamos el gen qnrS1 en una cepa de lechuza. Los genes codificantes de BLEEs y AmpC plasmídicas fueron transferibles por conjugación, estableciéndose las asociaciones blaCTX-M-1/IncN, blaSHV-12/IncI1 y blaCMY-2/IncI1. Los resultados avalan el flujo bidireccional de la resistencia y la existencia de linajes exitosos en la diseminación de genotipos BLEE/AmpC ya que, si bien describimos nuevas secuencias tipo en fauna silvestre (ST4564, ST4954, ST4996, ST7624, ST7629, ST7630, ST7631 y ST7632), muchos de los clones son también frecuentes en humanos, animales domésticos y alimentos (ST131, ST10, ST155, ST224, ST38, ST57). Se detectaron clados crípticos de Escherichia en algunos mamíferos silvestres, con especial relevancia de una cepa perteneciente al clado V, portadora de blaCTX-M-14 y diversos factores de virulencia. Además, desde una perspectiva One Health, quisimos estudiar diversos elementos genéticos involucrados en la selección, persistencia y dispersión de la resistencia entre distintos hospedadores (humanos, animales domésticos, fauna silvestre). Respecto a la transferencia horizontal del gen blaSHV-12, destacó la frecuente implicación de plásmidos IncI1, prevaleciendo el subtipo pST3 en aves de corral y el pST26 (y derivados del CC26) en cepas de orígenes muy variados. Describimos el complejo de resistencia Tn21-blaSHV-12-∆Tn1721, conteniendo el integrón atípico IntI1-estX-psp-aadA2-cmlA1-aadA1-qacI-IS440-sul3 y el gen tet(A), y su implicación en la diseminación de SHV-12. Además,los ensayos de restricción revelaron que la adquisición de blaSHV-12 por parte del clon pandémico ST131 podría deberse a la transferencia lateral de plásmidos IncK desde cepas locales no-ST131. Identificamos un plásmido IncX, conteniendo los genes qnrS1 y blaSHV-12, este último integrado en una nueva estructura tipo transposón compuesto que podría facilitar su movilización en bloque. Por otro lado, estudiamos la localización y organización genética de los integrones de clase 2 en E. coli de distintos orígenes y áreas geográficas. Su estructura se mantenía altamente conservada, mostrando escasa diversidad de genes cassettes. Las variaciones se debían fundamentalmente a la integración de ISs a diferentes niveles, lo que podría modular la expresión y movilización de genes adyacentes o influir en su localización genómica y capacidad de diseminación. Los integrones de clase 2 se hallaron mayoritariamente localizados a nivel cromosómico en el sitio attTn7, adyacente al gen esencial glmS. Sólo unos pocos fueron transferibles por conjugación, y en ningún caso ésta implicó movilización de genes bla. Los ensayos funcionales preliminares mostraron que la integrasa de tipo 1 es capaz de escindir eficazmente el cassette aadA1 localizado en la región variable del integrón de clase 2. Asimismo, se investigó el papel epidemiológico de la fauna silvestre en el mantenimiento y diseminación de E. coli verotoxigénico (STEC) y enteropatógeno (EPEC). Entre las cepas STEC de animales salvajes destacó el genotipo stx2b/subAB2/ehxA y se identificaron hasta 9 seropatotipos asociados a síndrome urémico hemolítico (seropatotipos B -O145:H28- y C -O22:H8, O128:H2-) y diarrea (seropatotipo D -O110:H28, O146:H21, O146:H28, ONT:H8-) en humanos. Se detectó una cepa tEPEC en un jabalí, con un serotipo y perfil de virulencia (O49:H10 eae-κ) descrito en cepas aisladas de pacientes con diarrea. Los rumiantes silvestres (muflones y ciervos), así como los jabalíes, actúan como importantes reservorios de STEC y EPEC. Por último, se estudió el genoma accesorio y el genoma core de 38 cepas comensales de E. coli desde un abordaje genómico. Analizamos los sistemas CRISPR/Cas así como los módulos de resistencia y virulencia, los cuales generalmente conservaban estructuras altamente similares a las descritas en cepas del entorno humano. Los datos de WGS y la reconstrucción del genoma bacteriano por PLACNETw nos permitió estudiar la población de plásmidos pequeños y tipar todos los replicones, lo que nos brindó más información que las metologías convencionales. Nuestros resultados sugieren la existencia de un flujo continuo de bacterias entre los ecosistemas humano y natural, más que una microevolución paralela asociada al nicho u hospedador.