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Characterization of Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis responsible for non-invasive infection in humans
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Resumo(s)
Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis (SDSE) é um estreptococo beta-hemolítico que pertence ao grupo dos estreptococos dos grupos C e G de Lancefield. De entre as várias espécies que compõe este grupo, SDSE é a mais frequentemente isolada do ser humano, hospedeiro em que pode ser encontrada como parte da microbiota da pele e mucosas dos tractos respiratório, gastrointestinal e urogenital, mas no qual pode igualmente causar várias infeções. Apesar de SDSE ter sido considerado durante muitos anos um microrganismo de baixa virulência, o aumento no número de infeções relatadas nas últimas décadas, em particular com o aumento da incidência de bacteriemias a ser detetada em várias localizações geográficas, tem levado a uma maior consciencialização do potencial patogénico destes estreptococos para o ser humano.
SDSE é atualmente reconhecido como agente etiológico de um espectro de infeções similar a Strepococcus pyogenes, do qual é filogeneticamente próximo e com o qual partilha variados factores de virulência. Entre estes inclui-se a proteína M, codificada pelo gene emm e que é alvo do método de tipagem mais frequentemente utilizado para caracterizar as estirpes de SDSE – a tipagem do gene emm. As estreptolisinas O e S, várias proteínas de ligação à fibronectina ou a exotoxina pirogénica SpeG (que pode atuar como superantigénio), são outros factores inicialmente descritos em S. pyogenes que podem contribuir para a patogénese das infeções por SDSE.
SDSE pode causar infeções não invasivas, tais como faringite e diversas infeções da pele e tecidos moles – incluindo infeções de feridas, abcessos, impetigo, erisipela ou celulite –, bem como infeções invasivas, que podem incluir bacteriemia, artrite séptica, endocardite, fasceíte necrotizante ou a síndrome do choque tóxico estreptocócico. Embora as infeções invasivas por SDSE tenham sido objeto de variadíssimos estudos ao longo dos últimos anos, um número muito limitado de trabalhos incidiu sobre as estirpes de SDSE que causam infeções não invasivas, permanecendo estas pobremente caracterizadas.
O objetivo do presente estudo foi a caracterização das estirpes de SDSE responsáveis por infeções não invasivas em Portugal, nomeadamente a identificação dos tipos emm mais frequentes, a comparação da distribuição de tipos emm por diferentes tipos de
infeção e a determinação da suscetibilidade a antimicrobianos destas estirpes. Para esse efeito, um total de 1079 estirpes de infeções não invasivas recuperadas no país entre janeiro de 2011 e dezembro de 2018 foram caracterizadas e comparadas com as estirpes isoladas de infeções invasivas durante o mesmo período. A caracterização incluiu a determinação do grupo de Lancefield, a tipagem do gene emm e o teste de suscetibilidade a um conjunto de 12 antimicrobianos. Os fenótipos de resistência a macrólidos, lincosamidas e estreptograminas B (MLSB) foram determinados e os genes que conferem resistência a estes antimicrobianos, à tetraciclina e aos aminoglicosídeos foram detetados por PCR. O sequenciamento do genoma completo foi realizado para um conjunto selecionado de estirpes não invasivas, permitindo determinar perfis alélicos de “multilocus sequence typing” (MLST) e a deteção de fatores de virulência nestas estirpes.
As estirpes não invasivas representaram 74% de todos as estirpes de SDSE isoladas em Portugal de 2011 a 2018 (n=1458), período durante o qual se observou um aumento da proporção de estirpes invasivas isoladas, de 17.3% em 2011 para 30.8% em 2018 (p<0.001). Um total de 79.9% (n=862) das estirpes não invasivas foram isoladas de infeções da pele e tecidos moles, principalmente de doentes com mais de 50 anos (>90% das estirpes isoladas destas infeções), enquanto 16.4% (n=177) foram isoladas de infeções do trato respiratório, principalmente de doentes com menos de 30 anos de idade. Uma minoria de amostras foi obtida do tracto urogenital (2.8%, n=30) ou de outros produtos (0.9%, n=10).
A maioria das estirpes não invasivas pertencia ao grupo G de Lancefield (n=753, 69.8%), seguido do grupo C (n=322, 29.8%) e do grupo A (n=4, 0.4%). A caracterização genotípica encontrou 39 tipos emm, sendo stG62647 o mais frequente (23.5%) e sendo este tipo emm encontrado maioritariamente entre estirpes do grupo C de Lancefield. A maior parte dos tipos emm identificados incluía estirpes de diferentes grupos de Lancefield. Diferenças na prevalência de alguns tipos emm ao longo do período do estudo foram observadas, nomeadamente com o aumento do tipo emm stG245 e a diminuição dos tipos emm stG6, stG166b e stG2078 (p<0.05).
A comparação da prevalência dos tipos emm entre estirpes isoladas de diferentes infeções, mostrou associações dos tipos emm stC36 e stC839 com infeções do trato respiratório (p<0.001), stG166b com infeções da pele e tecidos moles (p<0.001) e stC74a com infeções invasivas (p<0.01). Não foram observadas diferenças na diversidade de tipos emm entre estirpes isoladas de diferentes infeções. O sequenciamento do genoma
completo das estirpes dos dois tipos emm associados a infeções do trato respiratório (n=38) mostrou que pertenciam a 15 tipos de sequência MLST, agrupados em 6 complexos clonais (CCs) e 3 singletons. Estes dois tipos emm estavam associados a CCs distintos, principalmente CC49 e CC68 no caso de stC36, e CC3 e CC44 no caso de stC839. Além disso, os dados de MLST mostraram que as estirpes dos tipos emm stC36 e stC839 pertenciam a CCs diferentes dos mais prevalentes anteriormente reportados para as infeções invasivas. A análise da distribuição dos factores de virulência nos genomas das estirpes de SDSE mostrou que sete potenciais genes de virulência (fbp54, hasC, lmb, sagA, scpA/scpB, ska e slo) estavam presentes em todos as estirpes stC839 e stC36, bem como na maioria das estirpes SDSE invasivas previamente caracterizadas em Portugal. Por outro lado, dois genes, mf3 – que codifica uma desoxirribonuclease – e speG – que codifica uma exotoxina – encontravam-se associados com as estirpes stC36 e stC839 (p<0.001).
Os testes de suscetibilidade aos antimicrobianos das estirpes SDSE não invasivas isoladas em Portugal mostraram que todas as estirpes eram suscetíveis à penicilina, cefotaxima, vancomicina e quinupristina-dalfopristina. Quase metade (42.8%) das estirpes eram resistentes a pelo menos um dos agentes antimicrobianos testados. A taxa de resistência à eritromicina (23.5%) foi a mais alta e aumentou durante o período do estudo (p<0.05). O fenótipo iMLSB, conferido pelo gene ermA foi o mais comum, tendo sido igualmente detetados os genes ermB, ermT e mefA. A resistência à tetraciclina também foi elevada (20.5%) e principalmente conferida pelo gene tetM, seguido dos genes tetL, teto e tetS. A resistência à levofloxacina foi de 12.3%, mas diminuiu ao longo do período de estudo (p<0.05). Foram ainda detetadas baixas prevalências de resistência à gentamicina (2.9%), estreptomicina (1.5%) e cloranfenicol (0.6%). A resistência aos vários antimicrobianos foi detetada em estirpes de SDSE de vários tipos emm, sugerindo a disseminação dos determinantes de resistência detetados por várias linhagens desta bactéria.
Os dados do presente estudo destacam a importância de estudar as estirpes de SDSE isoladas de infeções invasivas e não invasivas em conjunto para se poder avaliar a importância desta bactéria como agente patogénico humano de forma mais abrangente. Os resultados obtidos sugerem que algumas linhagens de SDSE podem estar associados a manifestações clínicas distintas e revelaram algumas diferenças a nível dos genes presentes nessas linhagens, providenciando linhas futuras de investigação para explorar
a relevância destas observações. Por outro lado, a caracterização da suscetibilidade aos antimicrobianos das estirpes de SDSE isoladas em Portugal encontrou elevados níveis de resistência, à semelhança de observações anteriores com estirpes de SDSE isoladas de infeções invasivas no país. As alterações observadas nas taxas de resistência a alguns antimicrobianos ao longo do período de estudo, nomeadamente o aumento na resistência à eritromicina e diminuição da resistência à levofloxacina, demonstram a importância de manter uma monitorização da evolução das resistências nesta bactéria.
Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis (SDSE) is a bacterium that belongs to the human microbiota and causes infections in this host. Although SDSE has been regarded as a microorganism with low virulence, an increase in the number of reported infections in recent decades has led to a greater awareness of the pathogenic potential of these streptococci to humans. SDSE can cause non-invasive infections, such as pharyngitis and various skin and soft tissue infections (SSTI), and invasive infections, such as bacteremia or streptococcal toxic shock syndrome (STSS). While SDSE invasive infections have been the subject of several recent studies, SDSE isolates causing non-invasive infections remain poorly characterized. The aim of the present study was to characterize SDSE responsible for non-invasive infections in Portugal. For this purpose, 1079 non-invasive isolates recovered in the country between 2011 and 2018 were characterized and compared with those isolated from invasive infections during the same period. Isolates were characterized by Lancefield grouping, emm typing and antimicrobial susceptibility testing. Resistance genes were detected by PCR. Whole-genome sequencing (WGS) was carried on a small subset of the isolates, allowing to determine multilocus sequence type (MLST) allelic profiles and the detection of virulence factors in these isolates. Non-invasive isolates accounted for 74% of all SDSE isolates recovered in Portugal from 2011 to 2018. A total of 79.9% non-invasive isolates were isolated from SSTI, mostly from patients older than 50 years old, while 16.4% were isolated from respiratory tract infections (RTI), mainly from patients younger than 30 years old. Most non-invasive isolates belonged to Lancefield group G (n=753, 69.8%), followed by group C (n=322, 29.8%) and group A (n=4, 0.4%). Genotypic characterization found 39 different emm types, being stG62647 the most prevalent (23.5%). Comparison of emm types prevalence among isolates recovered from different sources, found out stC36 and stC839 overrepresented among RTI (p<0.001), stG166b among SSTI (p<0.001) and stC74a among invasive infections (p<0.01). WGS of isolates belonging to the two emm types associated with RTI (n=38) showed that they belonged to 15 MLST sequence types (STs), grouped into 6 clonal complexes (CCs) and 3 singletons. These two emm types 2 were associated with distinct CCs, mainly CC49 and CC68 in the case of stC36, and CC3 and CC44 in the case of stC839. In addition, MLST showed that stC36 and stC839 mainly belonged to CCs different from the most prevalent ones among invasive infections. Seven putative virulence genes (fbp54, hasC, lmb, sagA, scpA/scpB, ska and slo) were present in all stC839 and stC36 isolates, as well as in most invasive SDSE isolates previously characterized in Portugal. Two genes, mf3 – encoding a deoxyribonuclease – and speG – encoding a exotoxin – were overrepresented among stC36 and stC839 isolates (p<0.001). Antimicrobial susceptibility testing of SDSE non-invasive isolates recovered in Portugal showed that almost half (42.8%) of the isolates were resistant to at least one of the antimicrobial agents tested. Resistance rate to erythromycin (23.5%) was the most common and increased during the study period (p<0.05). The iMLSB phenotype, conferred by the ermA gene was the most common. Tetracycline resistance was also high (20.5%) and mostly conferred by tetM. Resistance to levofloxacin was 12.3% but decreased over the study period (p<0.05), while low levels of resistance to gentamycin, streptomycin and chloramphenicol were found. Resistance to antimicrobials was found among SDSE isolates from several emm types.
Streptococcus dysgalactiae subsp. equisimilis (SDSE) is a bacterium that belongs to the human microbiota and causes infections in this host. Although SDSE has been regarded as a microorganism with low virulence, an increase in the number of reported infections in recent decades has led to a greater awareness of the pathogenic potential of these streptococci to humans. SDSE can cause non-invasive infections, such as pharyngitis and various skin and soft tissue infections (SSTI), and invasive infections, such as bacteremia or streptococcal toxic shock syndrome (STSS). While SDSE invasive infections have been the subject of several recent studies, SDSE isolates causing non-invasive infections remain poorly characterized. The aim of the present study was to characterize SDSE responsible for non-invasive infections in Portugal. For this purpose, 1079 non-invasive isolates recovered in the country between 2011 and 2018 were characterized and compared with those isolated from invasive infections during the same period. Isolates were characterized by Lancefield grouping, emm typing and antimicrobial susceptibility testing. Resistance genes were detected by PCR. Whole-genome sequencing (WGS) was carried on a small subset of the isolates, allowing to determine multilocus sequence type (MLST) allelic profiles and the detection of virulence factors in these isolates. Non-invasive isolates accounted for 74% of all SDSE isolates recovered in Portugal from 2011 to 2018. A total of 79.9% non-invasive isolates were isolated from SSTI, mostly from patients older than 50 years old, while 16.4% were isolated from respiratory tract infections (RTI), mainly from patients younger than 30 years old. Most non-invasive isolates belonged to Lancefield group G (n=753, 69.8%), followed by group C (n=322, 29.8%) and group A (n=4, 0.4%). Genotypic characterization found 39 different emm types, being stG62647 the most prevalent (23.5%). Comparison of emm types prevalence among isolates recovered from different sources, found out stC36 and stC839 overrepresented among RTI (p<0.001), stG166b among SSTI (p<0.001) and stC74a among invasive infections (p<0.01). WGS of isolates belonging to the two emm types associated with RTI (n=38) showed that they belonged to 15 MLST sequence types (STs), grouped into 6 clonal complexes (CCs) and 3 singletons. These two emm types 2 were associated with distinct CCs, mainly CC49 and CC68 in the case of stC36, and CC3 and CC44 in the case of stC839. In addition, MLST showed that stC36 and stC839 mainly belonged to CCs different from the most prevalent ones among invasive infections. Seven putative virulence genes (fbp54, hasC, lmb, sagA, scpA/scpB, ska and slo) were present in all stC839 and stC36 isolates, as well as in most invasive SDSE isolates previously characterized in Portugal. Two genes, mf3 – encoding a deoxyribonuclease – and speG – encoding a exotoxin – were overrepresented among stC36 and stC839 isolates (p<0.001). Antimicrobial susceptibility testing of SDSE non-invasive isolates recovered in Portugal showed that almost half (42.8%) of the isolates were resistant to at least one of the antimicrobial agents tested. Resistance rate to erythromycin (23.5%) was the most common and increased during the study period (p<0.05). The iMLSB phenotype, conferred by the ermA gene was the most common. Tetracycline resistance was also high (20.5%) and mostly conferred by tetM. Resistance to levofloxacin was 12.3% but decreased over the study period (p<0.05), while low levels of resistance to gentamycin, streptomycin and chloramphenicol were found. Resistance to antimicrobials was found among SDSE isolates from several emm types.
Descrição
Tese de mestrado, Microbiologia Clínica e Doenças Infeciosas Emergentes, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2024
Palavras-chave
Streptococcus dysgalactiae subspecie equisimilis Infeções não invasivas Humanos Tipagem emm Epidemiologia Teses de mestrado - 2024