The role of mobile genetic elements in the dissemination of resistance genes in Klebsiella spp. clinical strains

João Francisco Marmelo Ramalho

Key information

Authors:

João Francisco Marmelo Ramalho (João Francisco Marmelo Ramalho)

Supervisors:

Cátia Sofia Gabriel Caneiras; Leonilde de Fátima Morais Moreira (Leonilde de Fátima Morais Moreira)

Published in

November 29, 2023

Abstract

As infeções associadas aos cuidados de saúde (IACS) representam uma ameaça à saúde. As espécies de Klebsiella resistentes aos carbapenemos estão entre as principais causas. Este estudo inclui 1140 estirpes provenientes de três centros hospitalares em Portugal. Klebsiella pneumoniae foi identificada como espécie predominante (93,3%). Este estudo também revela a presença de outros membros do complexo de espécies K. pneumoniae (KpSC) (n=8), Klebsiella aerogenes (n=17) e complexo de espécies Klebsiella oxytoca (KoSC) (n=10). Foi encontrada forte correlação entre linhagens e as principais carbapenemases produzidas. O gene blaOXA-181 foi associado às linhagens ST17-KL25-O5 e ST147-KL64-O2 de K. pneumoniae e à linhagem ST93-O2 de K. aerogenes. E o gene blaKPC-3 nas linhagens ST147-KL64-O2 e ST13-KL3-O1 de K. pneumoniae. Todas as estirpes ST2-KL74 K. oxytoca codificaram blaOXA-48 e a coprodução de duas carbapenemases distintas foi confirmada em todos os grupos de espécies. Apesar disso, IncF e Col-like foram as famílias de plasmídeos mais representadas, e diferentes estirpes compartilharam plasmídeos semelhantes contendo blaKPC e blaOXA-181. Além disso, esses genes foram encontrados no transposão Tn4401d e IS26, respetivamente. O estudo também relata uma nova carbapenemase, KPC-98, que confere resistência à ceftazidima-avibactam e está relacionada com um alto custo de fitness, levando à perda do gene de resistência ao longo do tempo. Este trabalho oferece informações sobre o panorama da resistência aos carbapenemos em espécies de Klebsiella em hospitais portugueses, destacando a necessidade urgente de vigilância à resistência antimicrobiana, bem como a importância de compreender o papel dos elementos genéticos móveis (MGE) na disseminação da resistência. Healthcare-associated infections (HAIs) represent a significant health threat. Klebsiella species are among the leading causes, with carbapenem resistance becoming increasingly prevalent. This study includes 1140 strains from three hospital centers in Portugal. Klebsiella pneumoniae was identified as the predominant species (93.3%). This study also reveals the presence of other members of the K. pneumoniae species complex (KpSC) (n=8), Klebsiella aerogenes (n=17), and Klebsiella oxytoca species complex (KoSC) (n=10). A strong correlation was found between lineages and the main carbapenemases produced. The blaOXA-181 gene was associated with K. pneumoniae ST17-KL25-O5 and ST147-KL64-O2 strains, and in K. aerogenes ST93-O2 strains. And the blaKPC-3 gene in ST147-KL64-O2 and ST13-KL3-O1 K. pneumoniae. All ST2-KL74 K. oxytoca strains encoded blaOXA-48 and co-production of two distinct carbapenemases was confirmed in all three species groups. Despite this, IncF and Col-like were the most represented plasmid families in all Klebsiella species, and different strains shared similar blaKPC- and blaOXA-181-harbouring plasmids. Moreover, these genes were found within the Tn4401d and IS26-like transposon, respectively. The study also reports a novel carbapenemase, KPC-98, which confers resistance to ceftazidime-avibactam, and is related with a high fitness cost, leading to the loss of the resistance gene over time, highlighting the dynamic nature of resistance mechanisms. This research offers insights into the complex landscape of carbapenem resistance in Klebsiella species in Portuguese healthcare facilities, emphasizing the urgent need for continuous surveillance of antimicrobial resistance, as well as the importance of understanding the role of mobile genetic elements (MGE) in resistance dissemination.