Distribución de grupos filogenéticos, factores de virulencia y susceptibilidad antimicrobiana en cepas de Escherichia coli uropatógena / Distribution of phylogenetic groups, virulence factors and antimicrobial susceptibility in strains of uropathogenic Escherichia coli

Resumen Introducción: La diferencia entre los aislados patógenos y comensales de Escherichia coli se fundamenta en sus antecedentes filogenéticos. En Venezuela son escasos los estudios que describen el potencial patogénico de los grupos filogenéticos en E. coli. Objetivo: Relacionar la susceptibilidad antimicrobiana, distribución de los grupos filogenéticos y genes de virulencia en cepas de E. coli uropatógena (ECUP) aisladas de pacientes con infección del tracto urinario. Materiales y Métodos: Se estudiaron 17 cepas de ECUP, aisladas de pacientes adultos hospitalizados en dos instituciones de salud. La susceptibilidad frente a ocho antimicrobianos se determinó por el método de microdilución en caldo (MDC). Las β-lactamasas de espectro extendido (BLEE) y carbapenemasas fueron detectadas fenotípicamente. Los grupos filogenéticos y la detección de los genes de virulencia se determinaron por reacción de polimerasa en cadena. Resultados: Todas las cepas sintetizaban BLEE y de éstas, 41% se asoció a la producción de una carbapenemasa (KPC o MBL). El filogrupo B2 (41%) fue predominante. Los genes de virulencia más frecuentes fueron fimH y fyuA con 82% cada uno. Sólo un aislado clasificado en el filogrupo F fue positivo al conjunto de seis genes estudiados. Discusión: La diversidad de asociaciones entre genes de virulencia y perfiles de resistencia, en las cepas ECUP evolucionan continuamente. Además, su distribución en los distintos grupos filogenéticos depende en gran medida de las características clínico epidemiológicas de los grupos de estudios.

Abstract Background: The difference between the pathogenic isolates and commensals of Escherichia coli is based on their phylogenetic antecedents. In Venezuela there are few studies that describe the pathogenic potential of phylogenetic groups in E. coli. Aims: Relate antimicrobial susceptibility, distribution of phylogenetic groups and virulence genes in strains of uropathogenic E. coli (ECUP) isolated from patients with UTI. Methods: We studied 17 ECUP strains, isolated from adult patients hospitalized in two health institutions. The susceptibility to 8 antibiotics was determined by the broth microdilution (MDC) method. Extended spectrum β-lactamases (ESBL) and carbapenemases were phenotypically detected. The phylogenetic groups and the detection of the virulence genes were determined by PCR. Results: All strains synthesized ESBL and of these, 41% were associated with the production of a carbapenemases (KPC or MBL). The phylogroup B2 (41%) was the most predominant. The most frequent virulence genes were fimH and fyuA with 82% each. Only one strain from group F was positive to the 6 genes studied. Discussion: The diversity of associations between virulence genes and resistance profiles in the ECUP are evolving continuously, their distribution in the different phylogenetic groups depends to a large extent on the clinical epidemiological characteristics of the study groups.

Distribución de grupos filogenéticos y factores de virulencia en cepas de Escherichia coli uropatógena productora de ß-lactamasa CTX-M-15 aisladas de pacientes de la comunidad en Mérida, Venezuela / Distribution of phylogenetic groups and virulence factors in CTX-M-15 ß -lactamase-producing uropathogenic Escherichia coli strains isolated from patients in the community of Mérida, Venezuela

En este estudio se determinó el perfil de distribución de grupos filogéneticos y la detección genética de factores de virulencia en cepas de Escherichia coli uropatógena (ECUP) productoras de ß-lactamasa CTX-M-15. Veintiocho cepas fueron aisladas de pacientes con infección del tracto urinario (ITU) que asistieron al Laboratorio de Salud Pública del estado Mérida, Venezuela, durante el lapso comprendido entre enero 2009 y julio 2011. La determinación de los grupos filogenéticos y la detección de seis genes de virulencia, fimH, fyuA, kpsMTII, usp, PAI y papAH, se realizó mediante amplificación por PCR. Quince cepas de 28 se ubicaron principalmente en el filogrupo A, seguidos por el B2 (12/28) y D (1/28). No se observó una relación directa entre la recurrencia o gravedad de la ITU y la distribución de los filogrupos. Todos los factores de virulencia estudiados se encontraron con la frecuencia más alta en el grupo B2. El perfil de virulencia prevalente estuvo conformado por la asociación de tres genes principales: fimH, fyuA y kpsMTII y en menor frecuencia, por la presencia de otros determinantes como usp, PAI y/o papAH. Estos resultados indican que la mayoría de ECUP estuvieron dotadas de tres propiedades virulentas importantes: adhesión, captación de hierro y evasión de la fagocitosis, las cuales favorecieron la producción de ITU recurrentes. Este es el primer trabajo que describe la asociación de grupos filogenéticos con el potencial de virulencia de cepas de ECUP productoras de ß-lactamasa CTX-M-15 en Venezuela.

In this study, the distribution of phylogenetic groups and the genetic detection of virulence factors in CTX-M-15 ß-lactamase-producing uropathogenic Escherichia coli (UPEC) strains were analyzed. Twenty eight strains were isolated between January 2009 and July 2011 from patients with urinary tract infection (UTI) who attended the Public Health Laboratory at Mérida, Venezuela. Determination of phylogenetic groups and detection of six virulence genes, fimH, fyuA, kpsMTII, usp, PAI and papAH, were performed by PCR amplification. Fifteen of the 28 isolates were mainly located in the phylogenetic group A, followed by B2 (12/28) and D (1/28). No direct relationship between the severity or recurrence of UTI and the distribution of phylogroups was observed. All studied virulence factors were found in group B2 strains with the highest frequency. The prevalent virulence profile included the combination of three main genes: fimH, kpsMTII and fyuA and, to a lesser extent, the presence of other determinants such as usp, PAI and/or papAH. These results indicate that virulent UPEC incorporated three important properties: adhesion, iron uptake and evasion of phagocytosis, which favored the production of recurrent UTI. This is the first report describing the association of phylogenetic groups with the potential virulence of CTX-M-15 ß-lactamase producing UPEC strains in Venezuela.

Prevalencia de β-lactamasa CTX-M-15 en grupos filogenéticos de Escherichia coli uropatógena aisladas en pacientes de la comunidad en Mérida, Venezuela / Prevalence of β-lactamase CTX-M-15 in phylogenetic groups of uropathogenic Escherichia coli isolated from patients in the community of Merida, Venezuela

En este estudio se determinó la prevalencia de b-lactamasas de espectro extenso (BLEEs) en grupos filogenéticos de E. coli uropatógena (ECUP) aislados en pacientes de la comunidad. Durante Enero 2009 a Julio 2010, se coleccionaron 21 cepas de ECUP, con susceptibilidad disminuida a las cefalosporinas de amplio espectro, provenientes de pacientes que asistieron al Laboratorio de Salud Pública del estado Mérida, Venezuela con diagnóstico de infección del tracto urinario (ITU). La caracterización genotípica determinó que todas las cepas ECUP albergaban genes blaBLEEs. En el 76,2% de las cepas se observó la presencia de un único gen productor de BLEE, representado por blaCTX-M-15, mientras que el 23,8% estuvo conformado por ECUP con diversas combinaciones de genes bla (blaCTX-M-15 + blaTEM-1, blaCTX-M-15 + blaSHV y blaSHV + blaTEM-1). El 61,9% de los aislados se ubicó en el filogrupo A y el resto de las cepas en el grupo B2 (38,1%). No se evidenció la diseminación de una clona de ECUP particular, solo 7 cepas demostraron pertenecer a un grupo clonal con un índice de similitud de más de 85%. De acuerdo a nuestro conocimiento, esta es la primera descripción de blaCTX-M-15 en ECUP causantes de ITU en pacientes de la comunidad, lo que evidencia que Venezuela también forma parte de la llamada pandemia CTX-M-15. Los hallazgos obtenidos en este estudio y las implicaciones clínicas y epidemiológicas que de ello derivan, conllevan a la necesidad de controlar y vigilar la diseminación de ECUP productora de CTX-M-15 no sólo en el ámbito regional sino también nacional.

In this study we determined the prevalence of extended-spectrum b-lactamases (ESBLs) in phylogenetic groups of uropathogenic E. coli (UPEC) isolated from patients in the community. Twenty one UPEC strains with reduced susceptibility to broad-spectrum cephalosporins were collected between January 2009 and July 2010, from patients with urinary tract infection who attended the Public Health Laboratory in Mérida, Venezuela. Genotypic characterization determined that all UPEC strains harbored blaBLEEs genes: 76.2% of the strains showed the presence of a single ESBL-producer gene, represented by blaCTX-M-15, whereas 23.8% of UPEC showed various combinations of bla genes (blaCTX-M-15 + blaTEM-1, blaCTX-M-15 + blaSHV and blaSHV + blaTEM-1). In this study, 61.9% of the isolates were placed in phylogroup A and the remaining strains were assigned to group B2 (38.1%). There was no evidence of spread of a particular UPEC clone; only seven strains belonged to a clonal group with an index of similarity greater than 85%. To our knowledge, this is the first description of blaCTX-M-15 in UPEC from patients with community-acquired urinary tract infections, which shows that Venezuela is also part of the so-called CTX-M-15 pandemic. The findings in this study, as well as its clinical and epidemiological implications, lead to the need for monitoring and controlling the spread of CTX-M-15 producing UPECs, not only regionally, but also nationwide.