Insights on the mechanisms underlying the development of heteroresistance to colistin in Acinetobacter baumannii

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Main Author: VIEGAS, Sarah Gothe Esteves
Publication Date: 2022
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/10362/159181
Summary: A versatilidade de mecanismos de resistência, intrínsecos ou adquiridos, encontrados em Acinetobacter baumannii são um constante desafio no que diz respeito ao combate às infecções provocadas por estas bactérias. Para o tratamento de infecções provocadas por estirpes de A. baumannii multirresistente (MDR), a colistina é geralmente a última opção terapêutica. No entanto, isolados clínicos resistentes a quase todos os antibióticos disponíveis, incluindo à colistina, têm vindo a ser reportados por todo o mundo. Alguns destes isolados apresentam ainda heterorresistência à colistina, um fenómeno que consiste na existência de uma população heterogénea com uma, ou várias subpopulações, com diferentes níveis de resistência ao antibiótico, em comparação com a população predominante da mesma estirpe. Os mecanismos subjacentes à heterorresistência à colistina são complexos e diversificados entre diferentes espécies bacterianas, e pouco compreendidos em A. baumannii. Neste estudo, três variantes isogénicas de uma estirpe de A. baumannii MDR, produtora de carbapenemases, com heterorresistência à colistina, variante L, variante S e variante XS, foram caracterizadas morfológica, fenotípica e genotipicamente. O crescimento em meio Levine-agar suplementado com colistina revelou diferentes morfologias de colónias entre as variantes, que por sua vez apresentam diferentes perfis de resistência à colistina, diferentes taxas de crescimento, e um fenótipo de heterorresistência estável. Estes resultados indicam que subpopulações heterorresistentes à colistina poderão ser selecionadas mediante exposição ao antibiótico. Todas as variantes apresentam um aumento da actividade de efluxo com respostas diferentes perante o inibidor de efluxo tioridazina, colistina e brometo de etídio. Nomeadamente, a variante L e a variante S demonstram sobreexpressão dos genes adeG, craA, abeM e também para o gene abeS na variante S. Mutações no gene pmrB, que codifica o regulador de dois componentes PmrAB envolvido na modificação de lipopolissacáridos, e nos genes lpxC e lpxD responsáveis pela biossíntese do lípido A foram observadas em todas as variantes. Este estudo evidência a presença de mais do que um mecanismo envolvido no desenvolvimento da heterorresistência à colistina em A. baumannii.
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Alguns destes isolados apresentam ainda heterorresistência à colistina, um fenómeno que consiste na existência de uma população heterogénea com uma, ou várias subpopulações, com diferentes níveis de resistência ao antibiótico, em comparação com a população predominante da mesma estirpe. Os mecanismos subjacentes à heterorresistência à colistina são complexos e diversificados entre diferentes espécies bacterianas, e pouco compreendidos em A. baumannii. Neste estudo, três variantes isogénicas de uma estirpe de A. baumannii MDR, produtora de carbapenemases, com heterorresistência à colistina, variante L, variante S e variante XS, foram caracterizadas morfológica, fenotípica e genotipicamente. O crescimento em meio Levine-agar suplementado com colistina revelou diferentes morfologias de colónias entre as variantes, que por sua vez apresentam diferentes perfis de resistência à colistina, diferentes taxas de crescimento, e um fenótipo de heterorresistência estável. Estes resultados indicam que subpopulações heterorresistentes à colistina poderão ser selecionadas mediante exposição ao antibiótico. Todas as variantes apresentam um aumento da actividade de efluxo com respostas diferentes perante o inibidor de efluxo tioridazina, colistina e brometo de etídio. Nomeadamente, a variante L e a variante S demonstram sobreexpressão dos genes adeG, craA, abeM e também para o gene abeS na variante S. Mutações no gene pmrB, que codifica o regulador de dois componentes PmrAB envolvido na modificação de lipopolissacáridos, e nos genes lpxC e lpxD responsáveis pela biossíntese do lípido A foram observadas em todas as variantes. Este estudo evidência a presença de mais do que um mecanismo envolvido no desenvolvimento da heterorresistência à colistina em A. baumannii.The versatility of intrinsic or acquired resistance mechanisms found in Acinetobacter baumannii is a constant challenge in combating infections caused by these bacteria. For the treatment of infections caused by multidrug-resistant (MDR) A. baumannii, colistin is usually the last therapeutic option. However, clinical isolates resistant to almost all available antibiotics, including colistin, have been reported worldwide. Some of these isolates also demonstrate the presence of heteroresistance to colistin, a phenomenon where there is a heterogeneous population with one or several sub-populations with different levels of antibiotic resistance compared to the main population in the same strain. The mechanisms underlying colistin heteroresistance are complex and diverse among different bacterial species, and poorly understood for A. baumannii. In this study, three isogenic strain-variants from a MDR A. baumannii carbapenemase-producing clinical isolate with simultaneous heteroresistance to colistin, strain-variant L, strain variant S, and strain-variant XS, were characterized morphologically, phenotypic, and genotypically. Growth on colistin-supplemented Levine-agar revealed strain-variants exhibiting different colony morphologies that showed different colistin resistance profiles, different growth rates and stable heteroresistance phenotype. This data indicates that subpopulations heteroresistant to colistin could be selected upon antibiotic exposure. All variants showed increased efflux activity with different responses to the interactions between the efflux inhibitor thioridazine, colistin and ethidium bromide. The L variant and the S variant exhibited overexpression of the adeG, craA, abeM genes and the abeS gene in the S variant. Mutations in the pmrB gene, which encodes for the two-component PmrAB regulator involved in the lipopolysaccharide modification, and in the lpxC and lpxD genes responsible for lipid A biosynthesis were observed in all variants. This study evidenced the existence of more than one mechanism engaged in colistin heteroresistance in A. baumannii.MACHADO, DIANAVIVEIROS, MiguelRUNVIEGAS, Sarah Gothe Esteves2022-102022-102022-10-01T00:00:00Z2026-02-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10362/159181TID:203371470enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-22T18:15:12Zoai:run.unl.pt:10362/159181Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T17:45:38.389311Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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