Design of a molecular method for subspecies specific identification of Klebsiella pneumoniae by using the 16S ribosomal subunit gene / Diseño de un método molecular para la identificación específica de Klebsiella pneumoniae a nivel de subespecie, usando el gen que codifica para la subunidad ribosomal 16S

Introduction: Rhinoscleroma is caused by Klebsiella pneumoniae subsp. rhinoscleromatis and the ozena infections caused by K. pneumoniae subsp. ozaenae, both infections affect the upper respiratory tract. In the first clinical phases the symptoms are unspecific, and the disease can be misdiagnosed as a common cold, therefore antimicrobial therapy cannot reach effective results and patients must be following up for several years since the infection became chronic. Objective: To identify Klebsiella subspecies using a specific assay based on amplicons restriction of a gene which encodes 16S subunit ribosomal (rDNA16S). Methodology: Specific restriction patterns were generated; using reported sequences from rDNA16S gene and bioinformatics programs MACAW, PFE, GENEDOC and GENE RUNNER. Amplification and restriction assays were standardized. Results: Predictions in silico allowed us to propose an algorithm for Klebsiella species and subspecies identification. Two reference strains were included and two clinical isolates which were biotyped and identified by the proposed method. rDNA16S gene restriction patterns showed differences regarding the initially identified species for conventional methods. Additionally two patterns of bands were observed for K. pneumoniae subsp. rhinoscleromatis, indicating the polymorphisms presence in the rDNA16S gene. Conclusions: We confirmed the difficulty to identify K. pneumoniae subspecies by conventional methods. Implementation of this technique could allow accurate and rapid differentiation among K. pneumoniae subsp. ozaenae and K. pneumoniae subsp. rhinoscleromatis the aetiological agents of two frequently misdiagnosed infections. Antimicrobial therapy usually could be ineffective, especially in chronic patients. Finally we consider very important to enlarge the study by using more clinical and reference strains.

Introducción: El rinoescleroma es causado por Klebsiella pneumoniae subsp. rhinoscleromatis y la ocena por K. pneumoniae subsp. ozaenae, respectivamente. Estas infecciones se presentan sobre todo en el tracto respiratorio superior y originan una sintomatología inespecífica en sus fases iniciales por lo cual se pueden confundir con el catarro común. Las dificultades para establecer un diagnóstico oportuno tienen repercusiones negativas en la terapia antimicrobiana, que puede no ser efectiva y hacer que la enfermedad evolucione a una fase crónica cuyo seguimiento en el paciente puede necesitar muchos años. Objetivo: Diseñar un ensayo molecular para la identificación a nivel de subespecie de bacterias del género Klebsiella basado en restricción de amplicones del gen que codifica para la subunidad ribosomal 16S (ADNr 16S). Metodología: Se generaron patrones de restricción específicos, con secuencias informadas del gen ADNr 16S y los programas bioinformáticos MACAW, PFE, GENEDOC y GENE RUNNER. Se estandarizaron las condiciones para la amplificación y restricción del ensayo experimental.Resultados: Las predicciones in silico permitieron proponer un algoritmo para identificar a nivel de especie y subespecie los miembros del género Klebsiella. Se incluyeron dos cepas de referencia y dos aislamientos clínicos, que fueron biotipificados e identificados por el método propuesto; los patrones de restricción obtenidos del gen ADNr 16S evidenciaron diferencias respecto a la especie inicialmente identificada por métodos convencionales. Además, se encontraron dos patrones de bandas en K. pneumoniae. rhinoscleromatis, que indican la presencia de polimorfismos en el gen ADNr 16S para esta subespecie.

Construcción de una filogenia molecular para las especies de los géneros Klebsiella y Raoultella basada en los genes ARNr 16S y ARN polimerasa subunidad / Construction of a molecular phylogeny for klebsiella and Raoultella SP based on rRNA 165 and RNA polimarase subunit genes

Las bacterias de los géneros Raoultella y Klebsiella son patógenos oportunistas para las cuales no existe un sistema uniforme de clasificación taxonómica internacional. En el presente estudio se propone una filogenia molecular basada en el gen ribosomal 16S (ADNr 16S) y el gen codificante de la subunidad de la ARN polimerasa (rpoB) de los géneros Klebsiella y Raoultella con el fin de establecer relaciones evolutivas entre dichos géneros. Los resultados evidencian una agrupación acorde con la taxonomía y las propiedades bioquímicas características, reportadas en el Genbank. Se estableció una bifurcación en los árboles, lo cual confirma la separación de los géneros Klebsiella y Raoultella. Adicionalmente, se confirmó el carácter polifilético de K. aerogenes por el gen ADNr 16S y la agrupación de R. terrigena y K. oxytoca de acuerdo con el gen rpoB. La comparación entre los árboles obtenidos permitió determinar relaciones evolutivas entre las especies, a partir de los genes evaluados, lo cual refleja cambios aparentes a nivel taxonómico y corrobora la importancia del análisis a nivel de multilocus. Este tipo de estudios permite monitorear la estabilidad de los genotipos microbianos sobre la escala temporal y espacial, mejorar la precisión de las anotaciones taxonómicas (mejor descripción de taxones o subdivisiones genéticas) y evaluar la diversidad genética y adaptabilidad en términos de virulencia o resistencia a drogas.

The bacteria belonging to Raoultella and Klebsiella genera are opportunistic pathogens for which there is no consensus about a unique internationally taxonomic system. In this study, we suggest a molecular phylogeny based on 16S (rDNA 16S) ribosomal gene and the beta subunit RNA polymerase (rpoB) encoding gene of Klebsiella and Raoultella in order to set up evolutionary relationships among these genera. Results showed a cluster with similar biochemical and taxonomy characteristics in agreement to Genbank description, and a tree bifurcation which confirms the Klebsiella and Raoultella genera separation. Moreover, we verified the polyphyletic character of K. aerogenes by rDNA 16S and particularly the clustering for both R. terrigena and K. oxytoca based on rpoB gene. The evolutionary relationships recognition was obtained by comparison among the corresponding trees for both genes unraveling significant changes at taxonomic level and stressing the importance of multilocus analysis approach. These studies are useful for tracking the microbial genotype stability over time and space scale; as well as on improving taxonomic annotations (taxa descriptions and genetic subdivisions) and evaluation of genetic diversity in terms of virulence and drug resistance.

Design of a molecular method for subspecies specific identification of Klebsiella pneumoniae by using the 16S ribosomal subunit gene / Diseño de un método molecular para la identificación específica de Klebsiella pneumoniae a nivel de subespecie, usando el gen que codifica para la subunidad ribosomal 16S

Introduction: Rhinoscleroma is caused by Klebsiella pneumoniae rhinoscleromatis and the ozena infections caused by K. pneumoniae ozaenae, both infections affect the upper respiratory tract. In the first clinical phases the symptoms are unspecific, and the disease can be misdiagnosed as a common cold, therefore antimicrobial therapy cannot reach effective results and patients must be following up for several years since the infection became chronic. Objective: To identify Klebsiella subspecies using a specific assay based on amplicons restriction of a gene which encodes 16S subunit ribosomal (rDNA16S). Methodology: Specific restriction patterns were generated; using reported sequences from rDNA16S gene and bioinformatics programs MACAW, PFE, GENEDOC and GENE RUNNER. Amplification and restriction assays were standardized. Results: Predictions in silico allowed to propose an algorithm for Klebsiella species and subspecies identification. Two reference strains were included and two clinical isolates which were biotyped and identified by the proposed method. rDNA16S gene restriction patterns showed differences regarding the initially identified species for conventional methods. Additionally two patterns of bands were observed for K. pneumoniae rhinoscleromatis, indicating the polymorphisms presence in the rDNA16S gene. Conclusions: It was confirmed the difficulty to identify K. pneumoniae subspecies by conventional methods. Implementation of this technique could allow an accurate and rapid differentiation among K. pneumoniae ozaenae and K. pneumoniae rhinoscleromatis aetiological agents of two frequently misdiagnosed infections. Antimicrobial therapy usually could be ineffective, especially in chronic patients. Finally it is considered very important to enlarge the study by using more clinical and reference strains.

Introducción: El rinoescleroma es causado por Klebsiella pneumoniae rhinoscleromatis y la ocena por Klebsiella pneumoniae ozaenae respectivamente. Estas infecciones se presentan sobre todo en el tracto respiratorio superior y tienen una sintomatología inespecífica en sus fases iniciales por lo cual se pueden confundir con el catarro común. Las dificultades de establecer un diagnóstico oportuno tienen repercusiones negativas en la terapia antimicrobiana, porque puede no ser efectiva y hacer que la enfermedad evolucione a una fase crónica cuyo seguimiento puede implicar muchos años. Objetivo: Diseñar un ensayo molecular para la identificación a nivel de subespecie de bacterias del género Klebsiella basado en restricción de amplicones del gen que codifica para la subunidad ribosomal 16S (ADNr 16S).Metodología: Se generaron patrones de restricción específicos, utilizando secuencias informadas del gen ADNr 16S y los programas bioinformáticos MACAW, PFE, GENEDOC y GENE RUNNER. Se estandarizaron las condiciones para la amplificación y restricción para el ensayo experimental.Resultados: Las predicciones in silico permitieron proponer un algoritmo para la identificación a nivel de especie y subespecie de las especies del género Klebsiella. Se incluyeron dos cepas de referencia y dos aislados clínicos, que se biotipificaron e identificaron por el método propuesto; los patrones de restricción obtenidos del gen ADNr 16S evidenciaron diferencias con respecto a la especie inicialmente identificada por métodos convencionales. Además se encontraron dos patrones de bandas en Klebsiella pneumoniae rhinoscleromatis, indicando la presencia de polimorfismos en el gen ADNr 16S para esta subespecie. Conclusiones: Se confirmó la dificultad para identificar Klebsiella pneumoniae a nivel de subespecie por métodos convencionales.