Involvement of horizontal gene transfer mechanisms in antibiotic resistance acquisition in Acinetobacter baumannii

Abstract

A Resistência a antibióticos corresponde à capacidade de um agente patogénico suportar osefeitos dos antibióticos. O aumento do uso de antibióticos tem levado ao acréscimo dosurgimento de resistência, resultando em consequências graves na sociedade moderna, comtaxas de mortalidade elevadas devido à resistência dos agentes bacterianos infeciosos, commenos alternativas de tratamento. A transmissão horizontal de genes é a aquisição dematerial genético de bactérias da mesma geração, o que pode incluir genes de resistência,com o consequente surgimento de estirpes resistentes. Um dos agentes patogénicosconhecido pela sua capacidade de desenvolver rapidamente resistência a antibióticos éAcinetobacter baumannii, que frequentemente adquire multirresistência. Entre osmecanismos de transmissão horizontal de genes utilizados por agentes patogénicos paraadquirir resistência a antibióticos, o mais proeminente é a conjugação, no entanto, várioscasos de transformação natural têm sido reportados em A. baummannii. Ambos osmecanismos foram avaliados para determinar qual o mais prevalente nesta espécie. A estirperecetora utilizada foi A. baumannii A118 e duas estirpes de Salmonella entericamultirresistentes e uma estirpe de Escherichia coli resistente à colistina foram utilizadas comodadoras nos ensaios de transformação natural e conjugação. Transformação natural econjugação ocorreram em frequências semelhantes, na ordem de 10-8, com transformantes etransconjugantes que apresentaram alterações nos perfis de susceptibilidade aosantimicrobianos. Entre todos os isolados testados, um único transconjugante, da estirpedadora S. enterica serovar Typhimurium Sal25, adquiriu os genes mcr-1, blaCTX-M-1 e umintegrão de classe 1, confirmado pelas mudanças no perfil de susceptibilidade a antibióticos epor reação em cadeia da polimerase dos genes respetivos e do elemento genético móvel.Os resultados desta tese sugerem que não existem diferenças significativas entre aprevalência da conjugação e da transformação natural em A. baumannii A118.

Antibiotic resistance is the ability of a pathogen to endure the effects of antibiotic agents. The increased use of antibiotics has led to a rise in the emergence of resistance, resulting in a major issue in modern society, which leads to high mortality rates due to resistant bacterial infections, with less treatment options. Horizontal gene transfer (HGT) is the acquisition of genetic material from bacteria of the same generation, which can include resistance genes, with consequent emergence of resistant strains. One of the pathogens known for its ability to quickly develop antibiotic resistance is Acinetobacter baumannii, which often acquires multidrug resistance (MDR). Amongst the HGT mechanisms used by pathogens to acquire antibiotic resistance, the most prominent is conjugation, however, several cases of natural transformation have been reported in A. baumannii. Both HGT mechanisms have been evaluated to ascertain which is most prevalent in this species. A. baumannii A118 was the recipient strain and two strains of MDR Salmonella enterica and 1 strain of colistin-resistant Escherichia coli were used as donor bacteria in the natural transformation and conjugation assays. Natural transformation and conjugation occurred at similar frequencies, in the order of 10-8, with transformants and transconjugants showing changes in the antimicrobial susceptibility profile. Among all the tested isolates, only one transconjugant, from the S. enterica serovar Typhimurium Sal25 donor strain, acquired the genes mcr-1, blaCTX-M and a class 1 integron, as confirmed by the changes in the antimicrobial susceptibility profile and by polymerase chain reaction of the respective genes and mobile genetic element. The results of this thesis suggest that there are no significant differences between the prevalence of conjugation and natural transformation in A. baumannii A118.