Caracterização genômica e fenotípica de isolados de Escherichia coli uropatogênica produtores de β-lactamases de espectro estendido

Escherichia coli, um bacilo Gram-negativo, é parte da microbiota humana e de outros animais de sangue quente, podendo apresentar relação simbiótica ou parasitária com o hospedeiro. Isolados patogênicos de E. coli podem causar tanto infecções no trato intestinal como em outros sítios do hospedeiro. E. coli uropatogênica (UPEC) é a denominação atribuída ao grupo de isolados de E. coli provenientes de infecções do trato urinário (ITUs), sendo esse patógeno o principal agente etiológico desse tipo de infecção. A patogenicidade de UPEC está associada com a presença de fatores de virulência, tais como adesinas, evasinas, sistemas de captação de ferro e toxinas. Coletivamente, esses fatores de virulência conferem aos isolados de UPEC a capacidade de se estabelecer no hospedeiro e causar doenças. Além disso, enzimas β-lactamases de espectro estendido (ESBLs) são codificadas pelos genes bla, e degradam fármacos antimicrobianos pertencentes à classe dos β-lactâmicos, incluindo as cefalosporinas de terceira geração, esses genes já foram observados em isolados de UPEC. Frente ao exposto, nosso estudo visou sequenciar isolados de UPEC produtores de ESBL com o objetivo de desvendarmos a epidemiologia, o resistoma e o viruloma desses isolados, além de investigar algumas características fenotípicas, tais como sua habilidade em formar biofilme e seu perfil fenotípico de resistência. Um total de 63 isolados de UPEC-ESBL+ foi sequenciado pelo sistema NextSeq (Illumina), e os genomas gerados foram utilizados para a determinação de suas características moleculares, como a detecção da presença de genes codificadores de fatores de virulência e resistência aos fármacos antimicrobianos. A caracterização fenotípica consistiu em ensaios de formação de biofilme e realização do método de disco-difusão para determinar o perfil de resistência a diversos fármacos antimicrobianos. De acordo com nossa análise genômica, os isolados foram divididos entre vários grupos filogenéticos, sequence types (STs) e sorotipos, sendo os dois grupos mais predominantes: B2/ST131/O25:H4 (33,3%) e C/ST90/O8:H9 (7,93%). Os genes codificadores de ESBLs mais prevalentes foram blaCTX-M-8 (19,1%), blaCTX-M-15 (38,1%) e blaCTX-M-55 (25,4%), o número de genes codificadores de virulência encontrados variou de 4 a 26, sendo os mais frequentes fimH (98,4%), sitA (74,6%), ompT (65,1%) e iss (65,1%). A maioria dos isolados foram não produtores de biofilme (90,47%), e as taxas mais altas de resistência foram observadas para ampicilina (100%), cefotaxima (100%), ceftriaxona (96,8%), cefalexina (88,9%), ciprofloxacina (71,4%) e norfloxacina (69,8%) com 39 (61,9%) isolados sendo classificados como multidroga-resistentes (MDR). A alta prevalência de isolados do ST131 e/ou MDR é um importante alerta às autoridades de saúde pública quanto à constante evolução dos mecanismos moleculares que medeiam a resistência a antimicrobianos nesse patógeno tão prevalente.

Resumo (português)

Escherichia coli, a Gram-negative bacillus, is part of the microbiota of humans and other warm blooded animals which may have a symbiotic or parasitic relationship with their host. Pathogenic E. coli can cause infections both in the intestinal tract or in other sites of the host. Uropathogenic E. coli (UPEC) is the name given to a group of E. coli isolates that causes urinary tract infections, with this bacterium being the main etiological agent of this infection. The pathogenicity of UPEC is associated with the presence of several virulence factors, such as: adhesins, evasins, iron uptake systems and toxins. Collectively, these virulence factors give the UPEC isolates the ability to establish themselves in the host and cause disease. Furthermore, extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) are encoded by the bla genes and degrade antimicrobial drugs belonging to the β-lactam class, including third-generation cephalosporins, these genes have been observed in UPEC isolates. In view of the above, our study aimed to sequence ESBL-producing UPEC isolates searching to unravel the epidemiology, resistome and virulome of these isolates, in addition to investigating some phenotypic characteristics, such as their ability to form biofilm. A total of 63 UPEC-ESBL+ isolates were sequenced using the NextSeq system (Illumina), and the draft genomes were used to determine their molecular characteristics, as to detect the presence of virulence factor- and resistance-encoding genes. Phenotypic characterization was carried out through 24h biofilm formation assays and the disc diffusion method to determine the resistance profile to several antimicrobial drugs. According to our genomic analysis, the isolates were assigned into several phylogroups, sequence types (STs) and serotypes with the two most predominant groups being: B2/ST131/O25:H4 (33.3%) and C/ST90/O8:H9 (7.93%). The ESBL-encoding genes most prevalent were blaCTX-M-8 (19.1%), blaCTX-M-15 (38.1%) and blaCTX-M-55 (25.4%), the number of virulence factor-encoding genes ranged from 4 to 26 and the most frequent were fimH (98.4%), sitA (74.6%), ompT (65.1%) and iss (65.1%). Most isolates were non-biofilm producers (90.47%), and the highest resistance rates were observed for ampicillin (100%), cefotaxime (100%), ceftriaxone (96.8%), cefalexin (88.9%), ciprofloxacin (71.4%) and norfloxacin (69.8%), with 39 (61.9%) isolates being classified as multidrug-resistant (MDR). The high prevalence of isolates from the ST131 and/or MDR is an important alert to public health authorities regarding the constant evolution of the molecular mechanisms that mediate antimicrobial resistance among these pathogens.

Palavras-chave

Escherichia coli , UPEC , ESBL , Infecções do trato urinário , Infecções urinarias , Enzimas microbianas

Idioma

Português

Citação

SOUZA, Beatrice Di Virgilio Lopes. Caracterização genômica e fenotípica de isolados de Escherichia coli uropatogênica produtores de β-lactamases de espectro estendido. 2026. Dissertação (Mestrado em Biologia Geral e Aplicada) - Instituto de Biociências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2026.