Epidemiologia genômica e determinantes da resistência antimicrobiana de isolados de Salmonella Typhimurium em Peru
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
A Salmonella Typhimurium está entre os principais sorovares causantes de doenças
transmitidas por alimentos no Peru e no mundo. O alto registro epidemiológico de casos de
gastroenterite, diarreia e surtos transmitidos por alimentos são influenciados pelas graves
problemáticas no país como a falta de acesso à água potável, saneamento e deficiências no
setor de alimentos. Em relação aos hospedeiros animais, porquinhos da índia são um
importante recurso nutricional e econômico para a região andina, porém são reservatórios do
patógeno, e sua produção se vê afetada pelos altos índices de mortalidade por Salmonelose e
uso não controlado do antibióticos. Em 2017, a Organização Mundial da Saúde adicionou
Salmonella na lista de bactérias prioritários resistentes a antibióticos. Além disso, no Peru tem
sido relatado um alto perfil de resistência antimicrobiana nos sorovares mais prevalentes, mas
se desconhece as populações que estão circulando, e os mecanismos genéticos que estão
associados à resistência antimicrobiana. Assim, este trabalho de Tese teve como objetivo
contribuir com o sistema de vigilância genômica e fenotípica de S. Typhimurium no Peru
provenientes na maioria de casos clínicos de diferentes cidades de Peru entre os anos 2000 e
2017. Em colaboração com Instituto Nacional de Saúde foi sequenciado 90 linhagens com a
tecnologia Illumina e realizou-se em paralelo o teste de susceptibilidade antimicrobiana em
disco de difusão para 10 antibióticos. A diversidade genética das linhagens peruanas foi
obtida a partir da comparação nucleotídica, genes acessórios, filogenia e populacional com 46
globais genomas de S. Typhimurium. As análises de resistência antimicrobiana (AMR) foram
realizadas com a predição de genes e mutações AMR, correspondência genótipo-fenótipo e
análise de GWAS para a predição de novos determinantes genéticos. Ao menos 10 populações
de diverso conteúdo de genes acessório que circulam no Peru, com duas populações clonais
emergentes e três populações que contém um mosaico de plasmídeos transmissíveis contendo
genes de resistência antimicrobiana. Além disso, pelo teste em disco de difusão foi
identificada uma moderada resistência multidrogas a antibióticos da primeira linha, tais como
ácido nalidíxico, ampicilina, tetraciclina com correspondência genotípica, exceto para
nitrofurantoína. A análise genômica como preditora da resistência antimicrobiana foi
inconclusiva devido aos baixos valores de sensibilidade. Por outro lado, seis linhagens de
porquinho-da-Índia foram sequenciadas com Illumina e outros 20 genomas são públicos
procedentes de alimentos e criação de porquinhos-da-Índia de Equador e Peru. A análise da
diversidade, filogenia e cgMLST permitiu identificar ao menos 3 sub-populações
(HC50_9757, HC50_67422, HC100_9460) circulando no Peru e uma população
(HC100_41507) de isolados provenientes de alimentos do Equador, diferenciados pelo
conteúdo de Polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) e genes. Das populaçõẽs peruanas,
identificamos, ainda, uma reduzida resistência associada a plasmídeos e sequências de
inserção transmissíveis na população, e mutações em genes AMR associada a moderada
resistência a ácido nalidíxico. Não foi possível identificar linhagens provenientes de
porquinho-da-Índia de criação e alimentos pertencentes à mesma população ou
compartilhando elementos de resistência transmissíveis. Conclui-se que existe uma resistência
a antibióticos de primeira linha de reduzida a moderada e reduzida resistência a antibióticos
atuais de tratamento. A resistência antimicrobiana é associada a plasmídeos, sequência de
inserção, genes e populações circulando em humanos e criação de porquinhos da índia. Estes
estudos permitem promover a vigilância de locais reservatórios dos críticos sorovares de
Salmonella e resistência antimicrobiana
Abstract
Salmonella Typhimurium is among the main serovars causing foodborne illness in Peru and
worldwide. The high epidemiological record of cases of gastroenteritis, diarrhea and
outbreaks transmitted by food are influenced by severe problems in the country, such as lack
of access to drinking water, sanitation and deficiencies in the food sector. Regarding animal
hosts, guinea pigs are an important nutritional and economic resource for the Andean region.
However, they are reservoirs of the pathogen, and their production is affected by high
mortality rates due to Salmonellosis and uncontrolled use of antibiotics. In 2017, the World
Health Organization added Salmonella to the list of priority antibiotic-resistant bacteria. In
addition, in Peru, a high profile of antimicrobial resistance has been reported in the most
prevalent serovars, but the populations that are circulating and the genetic mechanisms that
are associated with antimicrobial resistance are unknown. Thus, this thesis work aimed to
contribute to the genomic and phenotypic surveillance system of S. Typhimurium in Peru
from most clinical cases from different cities in Peru between the years 2000 and 2017. In
collaboration with the National Institute of Health, it was 90 strains sequenced using Illumina
technology and antimicrobial susceptibility testing was carried out in parallel with diffusion
discs for ten antibiotics. The Peruvian diversity was obtained by comparing nucleotide,
accessory genes, phylogeny and population with 46 global genomes of S. Typhimurium.
Antimicrobial resistance (AMR) analyses were carried out with the prediction of genes and
AMR mutations present in the chromosome and plasmids, genotype-phenotype
correspondence and GWAS analysis to predict new genetic determinants. At least ten
populations of diverse content of accessory genes are circulating in Peru, with two emerging
clonal populations and three populations containing a mosaic of transmissible plasmids
containing antimicrobial resistance genes. In addition, the diffusion disk test identified
moderate multidrug resistance to first-line antibiotics (nalidixic acid, ampicillin, tetracycline)
with genotypic correspondence, except for nitrofurantoin. Genomic analysis as a predictor of
antimicrobial resistance was inconclusive due to low sensitivity values.
On the other hand, six strains of S. Typhimurium were sequenced with Illumina for the
analysis of guinea pig isolates, and another 20 genomes are public from food and breeding
guinea pigs in Ecuador and Peru. Analysis of diversity, phylogeny and cgMLST identified at
least three subpopulations (HC50_9757, HC50_67422, HC100_9460) circulating in Peru and
a population (HC100_41507) of isolates from food in Ecuador, differentiated by the content
of Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) and genes. We also identified reduced resistance
from the Peruvian populations associated with transmissible plasmids and insertion sequences
and AMR mutation genes associated with moderate resistance to nalidixic acid. Identifying
strains from guinea pigs for breeding and food belonging to the same population or sharing
transmissible resistance elements was impossible. It is concluded that there is reduced to
moderate resistance to first-line antibiotics and reduced resistance to current treatment
antibiotics. Antimicrobial resistance is associated with plasmids, insertion sequence, genes
and populations circulating in human and guinea pig husbandry. These studies allow
promoting the surveillance of reservoir sites of critical Salmonella serovars and antimicrobial
resistance
Assunto
Bioinformática, Resistência Microbiana a Medicamentos, Salmonella typhimurium, Doenças Transmitidas por Alimentos, Vigilância em Saúde Pública
Palavras-chave
, Salmonella Typhimurium, Sequenciamento genômico, Doenças transmitidas por alimentos, Vigilância na saúde pública, , Salmonella Typhimurium, Sequenciamento genômico, Doenças transmitidas por alimentos, Vigilância na saúde pública