Secuenciación y genómica comparativa de cepas de Escherichia coli de origen ambiental, animal y clínico aisladas en Sinaloa

Abstract

Las infecciones causadas por bacterias pertenecientes a la familia Enterobacteriaceae resistentes a los antibióticos, incluyendo Escherichia coli, han ido en aumento a nivel mundial. La resistencia a los antibióticos (RA) es un fenómeno complejo y multidimensional que involucra el uso excesivo e inadecuado de los antibióticos en los sectores de salud humana, animal/agrícola y ambiental, así como el intercambio de material genético asociado a la resistencia conllevando al surgimiento, selección y diseminación de bacterias multirresistentes (MDR) dentro de esta triada ecológica. La implementación de técnicas de secuenciación masiva en paralelo representa una alternativa de estudio vanguardista en la vigilancia de la RA. El presente trabajo tuvo como objetivo analizar los determinantes de virulencia (VAGs), resistencia a antibióticos (ARGs), contenido plasmídico y profágico de 15 genomas de E. coli incluyendo cepas de origen ambiental, animal y clínico aisladas en Sinaloa y establecer las relaciones filogenéticas respecto a cepas provenientes de distintas fuentes de aislamiento y regiones geográficas del mundo. Se realizó secuenciación de genoma completo empleando la plataforma Illumina MiniSeq (2  150 pb). Los genomas ensamblados de novo se anotaron con el servidor RAST y se determinó de manera in silico el serogrupo, filogrupo y la tipificación multilocus de secuencias (MLST). La identificación de VAGs y ARGs se realizó con las bases de datos VirulenceFinder y ResFinder, respectivamente. Se establecieron las relaciones filogenéticas basado en MLST. Asimismo, se reconstruyeron filogenias basadas en el esquema de core-genome MLST (cgMLST) sobre los grupos clonales de alto riesgo identificados empleando una colección global genómica. El tamaño del genoma fue el esperado para E. coli. La tipificación in silico evidenció diversos perfiles genéticos en los genomas analizados. Se detectaron grupos clonales de relevancia clínica pertenecientes a los linajes ST4, ST40, ST69, ST410, ST617 y ST2279. Se identificaron múltiples VAGs implicados en la adherencia bacteriana, captación de hierro, proteínas autotransportadoras, producción de toxinas y sistemas de secreción, principalmente en cepas de origen clínico. Por otro lado, se identificaron ARGs que confieren resistencia a aminoglucósidos, anfenicoles, β-lactámicos, desinfectantes, fosfomicina, lincosamidas, macrólidos, quinolonas/fluoroquinolonas, tetraciclinas y trimetoprima/sulfametoxazol. Es importante resaltar la presencia de β-lactamasas de espectro extendido (BLEE; CTX-M-15) e integrones de clase 1 entre cepas de origen clínico y ambiental. Además, del reconocimiento de la nueva variante fosA7.5 involucrada en la resistencia a fosfomicina en una cepa de origen ambiental obtenida en el 2013. Independientemente del origen de aislamiento, el análisis de cgMLST indicó que todos los aislados de E. coli se derivan del humano y fueron introducidas a los ambientes secundarios tales como el drenaje agrícola y estanques acuícolas. El contenido de VAGs, ARGs, plásmidos y profagos es diverso entre los genomas de E. coli provenientes de distintas fuentes de aislamiento.