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

ABSTRACT

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.

RESUMEN

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.