Perspectiva histórica del origen evolutivo de la resistencia a antibióticos / Evolutionary origin of antibiotic resistance, a historical perspective

Resumen La resistencia a antimicrobianos representa un aspecto natural de evolución bacteriana, que puede resultar de mutaciones o por adquisición de genes foráneos. Hay diferentes posturas sobre el origen de ésta resistencia que explican la habilidad de estos microorganismos de adquirir nuevas características. Las teorías de la evolución de Lamarck y Darwin, han dado pie a experimentos diseñados para explorar el origen de la variación bacteriana y surgimiento de nuevas características. Estos estudios muestran que la resistencia está relacionada con mutaciones en genes cromosomales y/o la transferencia de elementos genéticos extracromosomales, que se expresan según la presión antibiótica ejercida. Está revisión recopila los principales experimentos y las conclusiones derivadas para explicar el fenómeno de resistencia a antibióticos.

Abstract Antimicrobial resistance is a natural aspect of bacterial evolution that can result from mutations or acquisition of foreign genes. Various views on the origin of this resistance explain the ability of these organisms to acquire new features. Lamarck and Darwin's theories of evolution have led to experiments designed to explore the origin of bacterial variation and the emergence of new features. These experiments show that antimicrobial resistance is related to mutations in chromosomal genes and/or transfer of extrachromosomal genetic elements that can be expressed based on the antibiotic pressure exerted. The main experiments and findings that seek to explain the phenomenon of antibiotic resistance are reviewed here in.

Identificación de Mycobacterium spp a través de métodos moleculares en el Laboratorio de Salud Pública de Bogotá, Colombia / Identification of mycobacteria to the species level by molecular methods in the Public Health Laboratory of Bogotá, Colombia

INTRODUCCIÓN: Globalamente la situación epidemiológica de la enfermedad por micobacterias no tuberculosas (MNT) es desconocida debido a que no es una enfermedad de notificación en la mayoría de los países, sin embargo los diversos reportes de infecciones y brotes por MNT publicados sugieren su creciente incremento en los últimos años. Tradicionalmente la identificación se realiza a través de metodologías bioquímicas, las cuales permiten la diferenciación inicial entre M. tuberculosis y MNT, y en algunos casos la identificación de la especie micobacteriana. Sin embargo, esta metodología tiene importantes limitaciones técnicas y la obtención de resultados requiere tiempos prolongados. Por otra parte, la introducción de metodologías basadas en biología molecular ha facilitado significativamente el diagnóstico de las MNT desde el laboratorio. OBJETIVO: Establecer la frecuencia de MNT en los cultivos positivos para bacilos ácido alcohol resistentes remitidos al Laboratorio de Salud pública de Bogotá en un período de 12 meses. MATERIALES Y MÉTODOS: Un total de 100 cultivos provenientes de hospitales públicos y privados de Bogotá fueron identificados a través de pruebas bioquímicas y de las metodologías moleculares; PRA (PCR-análisis de restricción) y PCR múltiplex. Así mismo, la presencia de especies de baja prevalencia, así como el estudio de los casos no concluyentes se realizó través de análisis de secuenciación del blanco molecular 16SrDNA. RESULTADOS: El estudio identificó MNT en el 11% de los cultivos a través de la metodología PRA. Adicionalmente, esta metodología molecular permitió detectar la ocurrencia de más de una especie micobacteriana en el 4% de los cultivos evaluados. Interesantemente un nuevo patrón de restricción-PRA para la especie M. kubicae es reportado en nuestro estudio. CONCLUSIÓN: El uso de un algoritmo de identificación micobacteriana que incluya la metodología molecular PRA incrementa el poder diagnóstico de los métodos convencionales, y contribuye al mejor conocimiento de la epidemiología de las MNT y control de las micobacteriosis

INTRODUCTION: Global epidemiology of non-tuberculous mycobacteria (NTM) is unknown due to the fact that notification is not required in many countries, however the number of infection reports and outbreaks caused by NTM suggest a significant increase in the last years. Traditionally, mycobacteria identification is made through biochemical profiles which allow to differentiate M. tuberculosis from NTM, and in some cases the mycobacteria species. Nevertheless, these methods are technically cumbersome and time consuming. On the other hand, the introduction of methods based on molecular biology has improved the laboratory diagnosis of NTM. OBJECTIVE: To establish the NTM frequency in positive cultures for acid-fast bacilli (AAFB) which were sent to Laboratorio de Salud Pública de Bogotá over a 12 month period. MATERIALS AND METHODS: A total of 100 positive cultures for acid-fast bacilli from public and private hospitals from Bogotá were identified by both biochemical methods and the molecular methods PRA (PCR-restriction enzyme analysis) and multiplex-PCR. Furthermore, low prevalence mycobacteria species and non-interpretable results were confirmed by 16SrDNA sequentiation analysis. RESULTS: Identification using the PRA method showed NMT occurrence in 11% of cultures. In addition, this molecular methodology allowed to detect the occurrence of more than one mycobacteria in 4% of the cultures. Interestingly, a new M. kubicae pattern of PCR-restriction analysis is reported in our study. CONCLUSION: Using a mycobacteria identification algorithm, which includes the molecular method PRA, improves the diagnostic power of conventional methods and could help to advance both NTM epidemiology knowledge and mycobacteriosis control

[Identification of mycobacteria to the species level by molecular methods in the Public Health Laboratory of Bogotá, Colombia]. / Identificación de Mycobacterium spp a través de métodos moleculares en el Laboratorio de Salud Pública de Bogotá, Colombia.

INTRODUCTION: Global epidemiology of non-tuberculous mycobacteria (NTM) is unknown due to the fact that notification is not required in many countries, however the number of infection reports and outbreaks caused by NTM suggest a significant increase in the last years. Traditionally, mycobacteria identification is made through biochemical profiles which allow to differentiate M. tuberculosis from NTM, and in some cases the mycobacteria species. Nevertheless, these methods are technically cumbersome and time consuming. On the other hand, the introduction of methods based on molecular biology has improved the laboratory diagnosis of NTM. OBJECTIVE: To establish the NTM frequency in positive cultures for acid-fast bacilli (AAFB) which were sent to Laboratorio de Salud Pública de Bogotá over a 12 month period. MATERIALS AND METHODS: A total of 100 positive cultures for acid-fast bacilli from public and private hospitals from Bogotá were identified by both biochemical methods and the molecular methods PRA (PCR-restriction enzyme analysis) and multiplex-PCR. Furthermore, low prevalence mycobacteria species and non-interpretable results were confirmed by 16SrDNA sequentiation analysis. RESULTS: Identification using the PRA method showed NMT occurrence in 11% of cultures. In addition, this molecular methodology allowed to detect the occurrence of more than one mycobacteria in 4% of the cultures. Interestingly, a new M. kubicae pattern of PCR-restriction analysis is reported in our study. CONCLUSION: Using a mycobacteria identification algorithm, which includes the molecular method PRA, improves the diagnostic power of conventional methods and could help to advance both NTM epidemiology knowledge and mycobacteriosis control.

Ambiente genético del gen blaCTX-M-12 en aislamientos hospitalarios de klebsiella pneumoniae / The blaCTX-M-12 gene's genetic environmnt in klebsiella pneumoniae hospital isolates

En Colombia se han detectado genes del grupo CTX-M-1 con alta frecuencia en aislamientos de Klebsiella pneumoniae causantes de infección intrahospitalaria. El conocimiento de los factores genéticos que pueden favorecer la diseminación de estos genes entre especies bacterianas es un aspecto importante para el control de la resistencia. En este estudio se identificaron los plásmidos portadores del gen blaCTX-M-12 en 21 aislamientos clínicos de K. pneumoniae. Se evaluó por conjugación la transferencia de resistencia a antibióticos. Integrones, secuencias de inserción y otros elementos genéticos fueron detectados por amplificación del ADN plasmídico con la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Mediante análisis por PCR se determinó la relación entre el gen blaCTX-M-12 y los elementos genéticos detectados. En todos los aislamientos, el gen blaCTX-M-12 se encontró en plásmidos conjugativos de tamaños entre 65 y 106 kpb. La transferencia por conjugación de estos elementos móviles puede explicar la amplia diseminación de este gen entre enterobacterias causantes de infección nosocomial en hospitales de Bogotá, Colombia. El gen blaCTX-M-12 se encontró corriente abajo de ISEcp1, secuencia de inserción que se ha asociado con la movilización de determinantes genéticos de resistencia. Los promotores de ISEcp1, detectados por análisis de secuencia, pueden facilitar la expresión de la cefotaximasa codificada por este gen.

Genes from CTX-M-1 group have been detected with great frequency in Colombia in intrahospital infection-causing Klebsiella pneumoniae isolates. Knowledge regarding the genetic factors favouring such genes’ dissemination amongst bacterial species is an important issue for resistance control blaCTX-M-12 gene-carrying plasmids were identified in this study in 21 clinical K. pneumoniae isolates. Antibiotic resistance transfer was evaluated by mating. Integrons, insertion sequences and other genetic elements were detected by plasmid DNA amplification using polymerase chain reaction (PCR). The relationship between the blaCTX-M-12 gene and other genetic elements was determined by PCR analysis. The blaCTX-M-12 gene was disemifound on 52 to 106 Kpb conjugative plasmids in all isolates. These mobile elements’ transfer by mating may explain their wide dissemination amongst nosocomial infection-causing enterobacteria in hospitals in Bogota, Colombia. The blaCTX-M-12 gene was found downstream from ISEcp1, this being an insertion sequence which has been associated with resistance genetic determinants’ mobilisation. ISEcp1 promoters (detected by sequence analysis) may increase the expression of cefotaximase encoded by this gene.