The spread of antibiotic-resistant bacteria represents a substantial problem for the public health. For that reason, the bacteria that are more worrying due to their ability to develop antibiotic resistance are grouped under the acronym ESKAPE pathogens. In this group belongs: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa and the Enterobacter spp. In this thesis project, the focus has been put on the study of the virulence and antibiotic resistance profile of Pseudomonas aeruginosa clinical strains that have been isolated from blood samples. P.aeruginosa is an opportunistic bacterium that is the cause of most nosocomial infections in immunocompromised patients. Its ability to acquire resistance to conventional drugs very rapidly making the infection caused by this pathogen difficult to treat is well established. Antibiotic treatment usually involves the use of different classes of antibiotics like carbapenems, quinolones, or third-generation cephalosporins. However, it is important to remember that antibiotic resistance may change from one strain of bacteria to another, and that the choice of the right drug must be based on an antibiotic sensitivity test specific to each strain. In this study, we have first outlined the susceptibility profile for every clinical strain and then proceeded to a more accurate molecular analysis of the strains that were resistant to the two most common classes of antibiotics used to treat P.aeruginosa infections, the carbapenems and quinolones. Of the hundred clinical strains analysed, 30% showed resistance to one or two antibiotic classes, 14% demonstrated multi-drug resistance (MDR), and 2% exhibited extreme drug resistance (XDR). The molecular analyses of the resistance mechanism towards carbapenems report that 42% of the resistant strains show carbapenemases codifying genes. The most common was VIM followed by KPC; however, IMP and OXA48 were not found in any clinical strain. Then, the expression of the mexAB-oprM efflux pump, which is responsible for the expulsion of carbapenems outside the bacteria cell, was analysed. It has been found that mexA and oprM genes were over-expressed in the strains that are resistant compared to the MDS (multi-drug sensible) strains. It is hypothesized that the resistance mechanism regarding the quinolones is based on the mutations of the gyrA gene, which codifies for one of the four subunits of the gyrase protein. This study reports two mutations that are already reported in the literature related to antibiotic resistance and two mutations that are not reported in the literature but are present in multiple strains. For every clinical strain, the virulence profile has been studied. Specifically, quantifying the ability to produce pyoverdines, pyocyanin, biofilm, and swarming abilities. The biofilm-producing ability has been classified into four categories: non-forming, weak, moderate and strong. 52% of the samples turned out to be moderate biofilm producers while 27% are strong producers and no strains have been found to be non-forming. For every clinical strain, the virulence profile has been studied. Specifically, quantifying the ability to produce pyoverdines, pyocyanin, biofilm, and swarming abilities. We have evaluated the presence of a correlation between antibiotic resistance and virulence. Generally, the ability to produce biofilm, pyoverdines and swarming ability is statistically significant
La diffusione di ceppi batterici resistenti agli antibiotici rappresenta ad oggi un grave problema di salute pubblica. A tal proposito sono state raggruppate con l’acronimo ESKAPE pathogens le specie batteriche che generano maggiore preoccupazione a causa dalla loro straordinaria capacità di sviluppare resistenza agli antibiotici comunemente utilizzati per il trattamento di infezioni batteriche. A questo gruppo appartengono: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa e gli Enterobacter. In questo lavoro di tesi, l’attenzione si è focalizzata sullo studio della virulenza e del profilo di antibiotico resistenza di ceppi clinici di Pseudomonas aeruginosa isolati da campioni di sangue. La P.aeruginosa è un batterio opportunista, principalmente causa di infezioni ospedaliere o di infezioni in pazienti immunocompromessi. È noto per la capacità di acquisire resistenza ai farmaci convenzionali molto velocemente rendendo difficile il trattamento delle infezioni causate da questo batterio. La terapia antibiotica solitamente somministrata prevede l’utilizzo di antibiotici appartenenti a diverse classi come carbapenemi, chinoloni o cefalosporine di terza generazione. Tuttavia, è importante ricordare che la resistenza antibiotica può variare da un ceppo batterico all’altro e la scelta del farmaco giusto deve essere basata su test di sensibilità antibiotica, specifici per ogni ceppo. In questo studio abbiamo dunque inizialmente delineato il profilo di sensibilità di ogni isolato clinico, per poi procedere ad un’analisi molecolare più accurata per quelli risultanti resistenti a due delle classi antibiotiche maggiormente utilizzate per la terapia delle infezioni da P.aeruginosa: i carbapenemi e i chinoloni. Dei cento isolati analizzati, il 30% risulta essere resistente ad una o due classi di antibiotici, il 14% risulta essere MDR (multi drug resistance) e il 2% è invece XDR (extreme drug resistance). L’analisi molecolare dei meccanismi di resistenza verso i carbapenemi riporta che il 42% degli isolati resistenti verso questa classe di antibiotici presenta geni codificanti carbapenemasi, in particolare quella più presente è VIM seguita da KPC. Tuttavia, i geni codificanti per IMP e OXA48 non sono stati trovati in alcun isolato. In aggiunta è stata studiata l’espressione della pompa di efflusso mexAB-oprM, la quale è responsabile dell’espulsione dei carbapenemi dalla cellula. I geni mexA e oprM vengono over-espresse in maniera statisticamente rilevante negli isolati resistenti rispetto a quelli MDS (multi drug sensible). Il meccanismo di resistenza verso i chinoloni consiste in mutazioni puntiformi del gene gyrA, il quale codifica per una sub-unità della girasi che è target di questa classe di antibiotici. Sono state rinvenute due mutazioni correlate alla resistenza riportate in letteratura nella maggior parte dei campioni, in aggiunta sono state trovate anche due mutazioni non riportate in letteratura in vari campioni. Per ogni ceppo è stato poi studiato il profilo di virulenza, quantificandone la capacità di produzione di pioverdine, piocianine e biofilm e l’abilità di movimento. La capacità della formazione di biofilm è stata suddivisa in quattro categorie: not forming, weak, moderate e strong. Il 52% dei campioni è risultata essere un produttore di biofilm moderate, mentre il 27% strong, non è stato riscontrato alcun isolato che non ne produca. Infine, abbiamo valutato la prese
Caratterizzazione della virulenza e della resistenza agli antibiotici di Pseudomonas aeruginosa isolati da emocolture
MAMPRIN, KEVIN
2022/2023
Abstract
La diffusione di ceppi batterici resistenti agli antibiotici rappresenta ad oggi un grave problema di salute pubblica. A tal proposito sono state raggruppate con l’acronimo ESKAPE pathogens le specie batteriche che generano maggiore preoccupazione a causa dalla loro straordinaria capacità di sviluppare resistenza agli antibiotici comunemente utilizzati per il trattamento di infezioni batteriche. A questo gruppo appartengono: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa e gli Enterobacter. In questo lavoro di tesi, l’attenzione si è focalizzata sullo studio della virulenza e del profilo di antibiotico resistenza di ceppi clinici di Pseudomonas aeruginosa isolati da campioni di sangue. La P.aeruginosa è un batterio opportunista, principalmente causa di infezioni ospedaliere o di infezioni in pazienti immunocompromessi. È noto per la capacità di acquisire resistenza ai farmaci convenzionali molto velocemente rendendo difficile il trattamento delle infezioni causate da questo batterio. La terapia antibiotica solitamente somministrata prevede l’utilizzo di antibiotici appartenenti a diverse classi come carbapenemi, chinoloni o cefalosporine di terza generazione. Tuttavia, è importante ricordare che la resistenza antibiotica può variare da un ceppo batterico all’altro e la scelta del farmaco giusto deve essere basata su test di sensibilità antibiotica, specifici per ogni ceppo. In questo studio abbiamo dunque inizialmente delineato il profilo di sensibilità di ogni isolato clinico, per poi procedere ad un’analisi molecolare più accurata per quelli risultanti resistenti a due delle classi antibiotiche maggiormente utilizzate per la terapia delle infezioni da P.aeruginosa: i carbapenemi e i chinoloni. Dei cento isolati analizzati, il 30% risulta essere resistente ad una o due classi di antibiotici, il 14% risulta essere MDR (multi drug resistance) e il 2% è invece XDR (extreme drug resistance). L’analisi molecolare dei meccanismi di resistenza verso i carbapenemi riporta che il 42% degli isolati resistenti verso questa classe di antibiotici presenta geni codificanti carbapenemasi, in particolare quella più presente è VIM seguita da KPC. Tuttavia, i geni codificanti per IMP e OXA48 non sono stati trovati in alcun isolato. In aggiunta è stata studiata l’espressione della pompa di efflusso mexAB-oprM, la quale è responsabile dell’espulsione dei carbapenemi dalla cellula. I geni mexA e oprM vengono over-espresse in maniera statisticamente rilevante negli isolati resistenti rispetto a quelli MDS (multi drug sensible). Il meccanismo di resistenza verso i chinoloni consiste in mutazioni puntiformi del gene gyrA, il quale codifica per una sub-unità della girasi che è target di questa classe di antibiotici. Sono state rinvenute due mutazioni correlate alla resistenza riportate in letteratura nella maggior parte dei campioni, in aggiunta sono state trovate anche due mutazioni non riportate in letteratura in vari campioni. Per ogni ceppo è stato poi studiato il profilo di virulenza, quantificandone la capacità di produzione di pioverdine, piocianine e biofilm e l’abilità di movimento. La capacità della formazione di biofilm è stata suddivisa in quattro categorie: not forming, weak, moderate e strong. Il 52% dei campioni è risultata essere un produttore di biofilm moderate, mentre il 27% strong, non è stato riscontrato alcun isolato che non ne produca. Infine, abbiamo valutato la preseSe sei interessato/a a consultare l'elaborato, vai nella sezione Home in alto a destra, dove troverai le informazioni su come richiederlo. I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/146291