First report of coexistence of blaKPC-2 and blaNDM-1 in carbapenem-resistant clinical isolates of Klebsiella aerogenes in Brazil

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Rodrigues, Saulo Henrique ; Nunes, Gustavo Dantas ; Soares, Gabriela Guerrera ; Ferreira, Roumayne Lopes ; Damas, Marcelo Silva Folhas ; Laprega, Pedro Mendes ; Shilling, Rebecca Elizabeth ; Campos, Leslie Camelo ; da Costa, Andrea Soares ; Malavazi, Iran ; da Cunha, Anderson Ferreira ; Pranchevicius, Maria-Cristina da Silva

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: FRONTIERS IN MICROBIOLOGY; v. 15, p. 21-pg., 2024-02-14.

Resumo

Klebsiella aerogenes is an important opportunistic pathogen with the potential to develop resistance against last-line antibiotics, such as carbapenems, limiting the treatment options. Here, we investigated the antibiotic resistance profiles of 10 K. aerogenes strains isolated from patient samples in the intensive-care unit of a Brazilian tertiary hospital using conventional PCR and a comprehensive genomic characterization of a specific K. aerogenes strain (CRK317) carrying both the blaKPC-2 and blaNDM-1 genes simultaneously. All isolates were completely resistant to beta-lactam antibiotics, including ertapenem, imipenem, and meropenem with differencing levels of resistance to aminoglycosides, quinolones, and tigecycline also observed. Half of the strains studied were classified as multidrug-resistant. The carbapenemase-producing isolates carried many genes of interest including: beta-lactams (bla(NDM-1), bla(KPC-2), bla(TEM-1), bla(CTX-M-1) group, bla(OXA-1) group and bla(SHVvariants) in 20-80% of the strains), aminoglycoside resistance genes [aac(6')-Ib and aph(3')-VI, 70 and 80%], a fluoroquinolone resistance gene (qnrS, 80%), a sulfonamide resistance gene (sul-2, 80%) and a multidrug efflux system transporter (mdtK, 70%) while all strains carried the efflux pumps Acr (subunit A) and tolC. Moreover, we performed a comprehensive genomic characterization of a specific K. aerogenes strain (CRK317) carrying both the blaKPC-2 and blaNDM-1 genes simultaneously. The draft genome assembly of the CRK317 had a total length of 5,462,831 bp and a GC content of 54.8%. The chromosome was found to contain many essential genes. In silico analysis identified many genes associated with resistance phenotypes, including beta-lactamases (bla(OXA-9), bla(TEM-1), bla(NDM-1), bla(CTX-M-15), bla(AmpC-1), bla(AmpC-2)), the bleomycin resistance gene (bleMBL), an erythromycin resistance methylase (ermC), aminoglycoside-modifying enzymes [aac(6')-Ib, aadA/ant(3")-Ia, aph(3')-VI], a sulfonamide resistance enzyme (sul-2), a chloramphenicol acetyltransferase (catA-like), a plasmid-mediated quinolone resistance protein (qnrS1), a glutathione transferase (fosA), PEtN transferases (eptA, eptB) and a glycosyltransferase (arnT). We also detected 22 genomic islands, eight families of insertion sequences, two putative integrative and conjugative elements with a type IV secretion system, and eight prophage regions. This suggests the significant involvement of these genetic structures in the dissemination of antibiotic resistance. The results of our study show that the emergence of carbapenemase-producing K. aerogenes, co-harboring blaKPC-2 and blaNDM-1, is a worrying phenomenon which highlights the importance of developing strategies to detect, prevent, and control the spread of these microorganisms. (AU)

• Processo FAPESP: 21/00425-8 - Produção da proteína de reconhecimento de Peptidoglicanos 3 recombinante (rPGLYRP3) humana e do peptídeo antimicrobiano (AMP-rPGLYRP3) em Pichia pastoris e análise da atividade antibacteriana em cepas oportunistas
• Beneficiário: Pedro Mendes Laprega
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/16872-6 - Análise genética e caracterização genômica de bactérias multirresistentes: isolamento de bacteriófagos e desenvolvimento de vacinas para uso na terapia antimicrobiana
• Beneficiário: Maria Cristina da Silva Pranchevicius
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 18/20697-0 - Seleção e evolução dirigida de leveduras - Identificação e análise de vias metabólicas importantes para aplicação nas indústrias do bioetanol e de bebidas fermentadas.
• Beneficiário: Anderson Ferreira da Cunha
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/08423-4 - Caracterização de uma cepa Brevundimonas multidroga resistente, isolada de paciente na Unidade de Terapia Intensiva, usando sequenciamento completo do genoma
• Beneficiário: Gabriela Guerrera Soares
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/01223-2 - Análises genômicas e transcriptômicas em linhagens de leveduras Saccharomyces cerevisiae isoladas durante o processo de produção de etanol, vinho e cervejas visando aplicações industriais
• Beneficiário: Anderson Ferreira da Cunha
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 18/24213-7 - Análise da presença de genes codificantes de resistência antimicrobiana e virulência em Serratia marcescens e identificação de candidatos a vacina contra Serratia marcescens, através de vacinação reversa
• Beneficiário: Marcelo Silva Folhas Damas
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 23/08917-2 - Caracterização Molecular de Genes de Resistência e Virulência, e Detecção de Heterorresistência em Cepas de Klebsiella aerogenes Isoladas de Pacientes em Unidade de Terapia Intensiva
• Beneficiário: Gustavo Dantas Nunes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 20/11964-4 - Caracterização molecular e fenotípica de bactérias oportunistas: desenvolvimento de vacinas e drogas terapêuticas utilizando proteômica subtrativa
• Beneficiário: Maria Cristina da Silva Pranchevicius
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/12429-0 - Caracterização Genômica e Molecular de Cepas Klebsiella oxytoca Multidroga Resistentes Isoladas de Paciente na Unidade de Terapia Intensiva
• Beneficiário: Saulo Henrique Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica