Application du séquençage complet de plasmides dans les gènes de résistance aux médicaments de Klebsiella pneumoniae

Obtenez la séquence complète du génome du plasmide par séquençage à haut débit, afin de prédire et d'annoter tous les gènes du génome, et de trouver des gènes liés au phénotype, tels que les gènes de résistance aux médicaments, les gènes de résistance aux métaux lourds et les gènes d'adaptabilité environnementale. Le gène de résistance "candidat" prouvé par la recherche sur le génome de la résistance aux médicaments présente une résistance dans l'hôte hétérologue, mais cela ne peut pas prouver que le gène conserve sa résistance dans son réservoir naturel ; D'autre part, ces gènes de résistance aux médicaments peuvent subir un transfert horizontal entre différentes bactéries sous forme de plasmides, entraînant une contamination des gènes de résistance aux médicaments. Technologie de séquençage de plasmides entiers peut filtrer les gènes de résistance aux médicaments "candidats" et annoter, ce qui, combiné à des expériences de vérification fonctionnelle de la résistance aux médicaments, peut nous aider à identifier le mécanisme de résistance aux médicaments le plus rapidement possible et à prendre des mesures correspondantes.

Séquençage du génome entier de plasmides pour analyser les mécanismes de résistance aux médicaments

Klebsiella pneumoniae est l'une des principales causes d'infections acquises à l'hôpital et dans la communauté, se manifestant sous forme de pneumonie, d'infections des voies urinaires, de septicémie et d'abcès. Ces dernières années, la diffusion rapide des bactéries résistantes aux carbapénèmes K.pneumoniae (CRKP), un pathogène prioritaire critique répertorié par l'OMS, est devenu une menace mondiale pour la santé humaine en raison de sa forte morbidité et mortalité. Les chercheurs ont étudié les caractéristiques épidémiologiques de la résistance et des facteurs de virulence de la résistance aux carbapénèmes. Klebsiella pneumoniae (CRKP), isolé chez des patients pédiatriques à Shanghai. Grâce au séquençage à haut débit, il a été découvert que l'isolat possédait un chromosome circulaire de 5508387 pb et deux plasmides pNDM-IMP-1 (347317 pb) et pNDM-IMP-2 (144371 pb). La souche a été identifiée comme ST3936 et KL30 par typage MLST et Kaptive. De plus, la souche porte plusieurs gènes de résistance, tels que les aminoglycosides, les fluoroquinolones, les carbapénèmes et d'autres médicaments β-lactamines. Les gènes codant pour les carbapénémases blaNDM-1 (2 copies) et blaIMP-4 sont co-localisés sur le plasmide pNDM-IMP-1, qui est un plasmide non classifiable de 347,3 kb, contenant la plupart des gènes de résistance à l'exception de oqxAB et blaLEN17. La comparaison et l'analyse des chromosomes de SHET-01 et Klebsiella mutabilis DX120E ont révélé que leur contenu génomique était très similaire, confirmant que SHET-01 appartient à Klebsiella mutabilis. L'analyse de la génomique comparative a révélé que pNDM-IMP-1 et pKP1814-1 ont des squelettes plasmidiques similaires et contiennent des gènes fonctionnels plasmidiques hautement conservés (comme le gène de réplication repA et le gène de stabilité telB-stabD, etc.), un cluster de gènes de transfert de conjugaison, des éléments d'insertion, des déterminants de résistance aux médicaments (comme blaIMP-4 et blaSFO) et d'autres bases fonctionnelles. C'est le premier rapport sur les carbapénémases communistes IMP-4 et NDM-1 dans Klebsiella pneumoniae hautement visqueux. Le plasmide hybride multirésistant pNDM-IMP-1 pourrait provenir de Klebsiella pneumoniae, et l'élément ISCR1 pourrait contribuer à l'agrégation de blaNDM-1 et blaIMP-4 dans ce plasmide des souches de Klebsiella pneumoniae. Un suivi à long terme de ces souches peut efficacement prévenir leur épidémie et leur transmission.

Analyse comparative des génomes des plasmides et de la structure génétique

Carte du cercle du génome plasmidique et carte de fond génétique de la structure du plasmide

Séquençage du génome entier pour l'identification de Superplasmide

L'émergence de souches de HvKP résistantes aux carbapénèmes (CR HvKP) et produisant des BLSE est principalement due à leur acquisition simultanée de gènes de haute virulence et de résistance aux multiples médicaments (MDR) (en particulier les BLSE et les carbapénémases), qui sont principalement médiés par des plasmides. Dans les rapports précédents, les gènes de virulence et de résistance aux médicaments étaient principalement situés sur différents plasmides, mais ces dernières années, des plasmides contenant à la fois des gènes de virulence et de MDR ont également commencé à être rapportés. L'émergence de ce plasmide accélère davantage la transmission synchronisée des gènes de haute virulence et de MDR et a des impacts plus graves sur la santé publique. Grâce à l'analyse de 239 souches de tuberculose pulmonaire infectées dans le sang, nous avons identifié une souche clinique ST11-K64 CR-HvKP portant un "super plasmide", dont la structure génomique et les caractéristiques phénotypiques ont été révélées en détail. En général, elle présente les caractéristiques suivantes : (1) un seul plasmide qui cohabite avec des gènes d'hypervirulence et de MDR, (2) un plasmide qui abrite des éléments conjugatifs complets garantissant l'auto-transmissibilité, (4) un plasmide stable et conservé, et (3) un plasmide sans coût de fitness pour la souche hôte. Ce superplasmide auto-transmissible, qui porte simultanément des gènes d'hypervirulence et de MDR, renforce considérablement les défis en matière de prévention et de contrôle cliniques ainsi que de traitement anti-infectieux. Ainsi, une surveillance active de ce type de superplasmide est nécessaire pour prévenir la dissémination de ces plasmides de résistance/virulence efficaces dans les milieux hospitaliers.

Phénotype de virulence de la souche CR-HvKP SZS128 et caractéristiques du superplasmide pSZS1280-Hv-MDR

La résistance aux antibiotiques est une menace majeure pour la santé publique. La surveillance et la compréhension de la prévalence, des mécanismes et de la propagation de la résistance aux antibiotiques sont au cœur des soins aux patients individuels et des stratégies globales de contrôle des infections. Le séquençage complet de plasmides a élargi notre capacité à détecter les gènes de résistance aux médicaments dans Klebsiella pneumoniae,ce qui contribue à développer des plans de traitement personnalisés et à offrir une commodité pour l'utilisation future de la médecine personnalisée basée sur des séquences conventionnelles. Cela simplifiera également le suivi de la résistance aux antibiotiques.

Références:

1. Wang, Bingjie et al."Caractéristiques génétiques et profil microbiologique de Klebsiella variicola hypermucoviscueuse multirésistante coproduisant les carbapénémases IMP-4 et NDM-1." Spectre de microbiologie vol10,1 (2022) : e0158121.
2. 贾, 新苗 et al."Émergence d'un superplasmide coporteur de gènes d'hypervirulence et de résistance multidrogue dans Klebsiella pneumoniae pose de nouveaux défis pour la santé publique." Spectre de microbiologie vol10,6 (2022) : e0263422.