Caracterização genética de sorovares de Salmonella spp. isolados na avicultura por whole genome sequencing
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Data
2024-04-26
Autores
Orientador
Berchieri Junior, Angelo
Coorientador
Saraiva, Mauro de Mesquita Souza
Pós-graduação
Microbiologia Agropecuária - FCAV 33004102070P6
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
As bactérias do gênero Salmonella são patógenos que podem infectar animais e seres humanos. Alguns sorovares de Salmonella enterica podem colonizar o trato gastrointestinal de aves de produção e se disseminarem pelo organismo sem provocar o aparecimento de sinais clínicos. Entretanto, a presença dessas bactérias, pode significar risco a saúde pública, tornando os alimentos de origem avícola potenciais fontes de infecção para os seres humanos. Pouco se sabe sobre os fatores associados à diversidade genética que podem contribuir para a adaptação e persistência de Salmonella spp. a um ou vários hospedeiros. Além disso, os métodos tradicionais de sorotipificação e identificação de marcadores genéticos no gênero Salmonella é laborioso e pode transcorrer por vários dias. Dessa forma, o presente estudo foi dividida em três manuscritos (capítulos 2-4). No capítulo 2 apresentamos características genômicas de seis estirpes brasileiras de Salmonella Mbandaka ST413 isoladas de granjas de postura comercial. Os genes de resistência mais frequentes foram aac(6′)-Iaa, sul1, qacE, blaOXA-129, tet(B) e aadA1, além de mutação no gene parC associada à resistência a quinolonas. Quatro dos seis genomas continham um plasmídeo IncHI2A de 112.960 pb, carreando genes de resistência a tetraciclina (tetACDR) e mercúrio (mer). A maioria das genomas também possuía a ilha genômica de Salmonella 1 (SGI1) e sete ilhas de patogenicidade (SPIs) relacionadas à virulência (SPIs 1-5, 9, and C63PI). A análise filogenética utilizando os seis novos genomas sequenciados em nosso estudo e mais 481 genomas do banco de dados de acesso público, mostrou que os isolados de origem Brasileira formaram clados bem definidos, relacionados a estirpes de humanos e alimentos, indicando sua importância epidemiológica e potencial para surtos alimentares. Esses resultados destacam que S. Mbandaka ST413 nesse estudo são resistentes a multiplos antimicrobianos e carregam genes de virulência conservados, características que favorecem sua disseminação regional e global. No capítulo 3 realizamos uma análise genômica comparativa de quatro sorovares (S. Schwarzengrund, S. Senftenberg, S. Saintpaul, S. Braenderup) de 301 genomas de Salmonella enterica de humanos e poultry, coletados do Enterobase, além de incluir dez novos genomas sequenciados de isolados de amostras fecais de galinhas poedeiras no Brasil entre 2016 e 2017. Utilizando análise de bioinformática foram preditos tipos de Multilocus Sequence Typing (MLST), replicons plasmidiais, genes de resistência antimicrobiana, além da predição dos fatores de virulência típicos implicados nos mecanismos de virulência de Salmonella enterica e alguns especificos que podem estar relacionados a adaptação ao hospedeiro. Identificamos 52 genes de resistência antimicrobiana, com 48% (25/52) compartilhados entre isolados de aves e humanos, 21,1% (11/52) exclusivos de aves e 30,7% (16/52) exclusivos de humanos. Mutações cromossômicas associadas aos genes gyrA e parC também foram previstas. Em todos os genomas foram identificados SPIs, algumas variando conforme o hospedeiro e sorovar (SPI 1–5, SPI 8–14, CS54 e C63PI). To the best of our knowledge, this is the first work to report Salmonella Braenderup carrying the SPI-10. SGI-1 foi detectada em alguns isolados de S. Schwarzengrund de isolados de aves e a ilha CS54 foi observada exclusivamente em genomas dos sorovares S. Saintpaul e S. Braenderup. Detectamos uma diversidade de replicons de plasmídeos, sendo o sorovar Saintpaul o menos diverso. Analisamos 271 genes de virulência, com 161 comuns a todos os sorovares e os demais distribuídos de forma distinta entre os sorovares analisados. Nosso estudo destaca o potencial de sorovares de Salmonella enterica negligenciados na avicultura que ameaçam a saúde pública devido à seu potencial de virulência e resistência a múltiplos moléculas antimicrobianas e de desisnfetantes. No capítulo 4, foi realizada uma predição de caracteríticas genômicas de Salmonella Heidelberg, um importante patógeno de origem alimentar em produtos avícolas resistentes à diferentes antimicrobianos, que pode causar infecções graves em humanos. Nesse estudo, analisamos 317 genomas de S. Heidelberg isoladas de aves do Brasil e Estados Unidos, incluindo 314 do banco de dados Enterobase e três novos genomas brasileiros sequenciados. Os principais genes de resistência encontrados foram aac(6')-Iaa, fosA7, sul2, tet(A) e blaCMY-2. Foram detectadas mutações nos genes gyrA e parC, relacionados à resistência a quinolonas. Os replicons de plasmídeos mais comuns foram ColpVC, IncC, IncI1-I(Gamma) e IncX1. O estudo destaca a diversidade genômica de SH relacionados as maiores regiões de produtoras de frango do mundo e a necessidade de melhorar a vigilância para prevenir surtos por este patógeno. De forma geral, foi demonstrado em nossos estudos a diversidade genômica desses sorovares de Salmonella enterica e sua capacidade de colonizar e se estabelecer em diversos nichos, incluindo humanos, animais e o ambiente. Essa plasticidade genética e potencial evolutivo representam preocupações de segurança alimentar e de saúde pública.
Resumo (inglês)
Bacteria of the genus Salmonella are pathogens that can infect animals and humans. Some serovars of Salmonella enterica can be installed in poultry, in the digestive tract, and be disseminated without causing the appearance of clinical signs. However, the presence of these bacteria can pose a risk to public health, making foods of poultry origin potential sources of infection for humans. Little is known about the factors associated with genetic diversity that may be contributing to the adaptation and persistence of Salmonella spp. to one or more hosts. Furthermore, traditional methods of serotyping and identification of genetic markers in the Salmonella genus are laborious and can take several days. This study was divided into three manuscripts (chapters 2-4). In Chapter 2, we present genomic characteristics of six Brazilian strains of Salmonella Mbandaka ST413 isolated from commercial layer farms. The most frequent resistance genes were aac(6′)-Iaa, sul1, qacE, blaOXA-129, tet(B), and aadA1, along with a mutation in the parC gene associated with quinolone resistance. Four of six genomes contained a 112,960 bp IncHI2A plasmid carrying tetracycline resistance genes (tetACDR) and mercury resistance genes (mer). Most genomes also harbored the Salmonella genomic island 1 (SGI1) and seven Salmonella pathogenicity islands (SPIs) related to virulence (SPIs 1-5, 9, and C63PI). Phylogenetic analysis using the six newly sequenced genomes in our study and an additional 481 genomes from the public database showed that the Brazilian isolates formed well-defined clades, related to strains from humans and food, indicating their epidemiological importance and potential for foodborne outbreaks. These results highlight that S. Mbandaka ST413 in this study are resistant to multiple antimicrobials and carry conserved virulence genes, characteristics that favor their regional and global dissemination. In Chapter 3, we conducted a comparative genomic analysis of four serovars (S. Schwarzengrund, S. Senftenberg, S. Saintpaul, S. Braenderup) from 301 Salmonella enterica genomes from humans and poultry, collected from Enterobase. Additionally, we included ten newly sequenced genomes from isolates obtained from fecal samples of laying hens in Brazil between 2016 and 2017. Using bioinformatics analysis, we predicted Multilocus Sequence Typing (MLST) types, plasmid replicons, antimicrobial resistance genes, as well as typical virulence factors implicated in the virulence mechanisms of Salmonella enterica and some specific factors that may be related to host adaptation. We identified 52 antimicrobial resistance genes, with 48% (25/52) shared between avian and human isolates, 21.1% (11/52) exclusive to avian isolates, and 30.7% (16/52) exclusive to human isolates. Chromosomal mutations associated with the gyrA and parC genes were also predicted. SPIs were identified in all genomes, with some variations depending on the host and serovar (SPI 1–5, SPI 8–14, CS54, and C63PI). To the best of our knowledge, this is the first study reporting Salmonella Braenderup carrying SPI-10. SGI-1 was detected in some isolates of S. Schwarzengrund from avian isolates, and the CS54 island was exclusively observed in genomes of the serovars S. Saintpaul and S. Braenderup. We detected a diversity of plasmid replicons, with the Saintpaul serovar being the least diverse. We analyzed 271 virulence genes, with 161 common to all serovars and the remainder distributed differently among the serovars analyzed. Our study highlights the potential of neglected Salmonella enterica serovars in poultry farming that pose a public health threat due to their virulence potential and resistance to multiple antimicrobial and disinfectant molecules. In Chapter 4, we conducted a prediction of genomic characteristics of Salmonella Heidelberg, an important foodborne pathogen in poultry products resistant to different antimicrobials, which can cause severe infections in humans. In this study, we analyzed 317 genomes of S. Heidelberg isolated from poultry in Brazil and the United States, including 314 from the Enterobase database and three newly sequenced Brazilian genomes. The main resistance genes found were aac(6')-Iaa, fosA7, sul2, tet(A), and blaCMY-2. Mutations in the gyrA and parC genes related to quinolone resistance were detected. The most common plasmid replicons were ColpVC, IncC, IncI1-I(Gamma), and IncX1. The study highlights the genomic diversity of S. Heidelberg related to the largest chicken-producing regions in the world and the need to improve surveillance to prevent outbreaks by this pathogen. Overall, our studies demonstrated the genomic diversity of these Salmonella enterica serovars and their ability to colonize and establish in various niches, including humans, animals, and the environment. This genetic plasticity and evolutionary potential represent concerns for food safety and public health.
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Idioma
Inglês
Como citar
BENEVIDES, V. P. - Caracterização genética de sorovares de Salmonella spp. isolados na avicultura por whole genome sequencing - 2024, 131f - Tese (Doutorado em Microbiologia Agropecuária) - Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, 2024.