Coexistencia de hipervirulencia y resistencia a carbapenémicos en aislados clínicos de Klebsiella pneumoniae en Sudamérica: un análisis genómico comparativo

Abstract

Antecedentes: Klebsiella pneumoniae hipervirulenta es capaz de producir infecciones invasivas en pacientes sanos e inmunosuprimidos. La superposición de este fenotipo con el fenotipo de resistencia a carbapenémicos es de especial importancia y es sujeto de vigilancia epidemiológica y genómica en el este asiático, Europa y América del Norte. Sin embargo, esta vigilancia es escasa en países de bajos y medianos recursos y no existe información a nivel de Sudamérica. Objetivos: Identificar biomarcadores genéticos de hipervirulencia y otros determinantes de virulencia en genomas completos de aislados clínicos de Klebsiella pneumoniae productoras de carbapenemasas de Sudamérica, así como sus características clínicas-epidemiológicas, y evaluar la asociación entre la presencia de determinantes de virulencia y sitio de infección y mortalidad. Métodos: Se realizó una búsqueda sistematizada de las secuencias a partir de estudios originales y en la base de genomas del NCBI. Las secuencias fueron analizadas con la herramienta Kleborate y la metadata fue analizada con R Studio. Se calcularon frecuencias absolutas y relativas y se utilizó la prueba de Chi cuadrado para evaluar la asociación entre determinantes de virulencia y sitio de infección y mortalidad. Resultados: Se obtuvieron 1203 secuencias de Klebsiella pneumoniae productoras de carbapenemasas provenientes de 8 países Sudamericanos. Los biomarcadores genéticos de hipervirulencia encontrados fueron los genes codificadores de aerobactina (1.1%), salmoquelina (0.1%) y el gen rmpADC (<0.1%). Otros determinantes de virulencia encontrados fueron yersiniabactina (53.2%), colibactina (24.7%), y los serotipos capsulares K64 (13.9%), K2 (2.2%) y K1 (0.1%). Las secuencias tenían como información asociada sexo (39.7%), edad (38.8%), comorbilidad (31.8%) y desenlace (8%). Se encontró una asociación entre un puntaje de virulencia bajo y una mayor mortalidad y enfermedad invasiva. Conclusión: Se describe la existencia de secuencias de K. pneumoniae productora de carbapenemasa de Sudamérica con biomarcardores de hipervirulencia. Sin embargo, estos biomarcadores de hipervirulencia y otros determinantes genéticos de virulencia se encontraron en menor frecuencia en comparación con Asia y Europa. Por otro lado, se identificó la presencia de secuenciotipos de alto riesgo como el ST11, ST258 y ST437 en todo el territorio Sudamericano lo que resalta la importancia en mejorar la vigilancia genómica en la región.

Background: Hypervirulent Klebsiella pneumoniae can cause invasive infections in healthy and immunosuppressed patients. The overlap of hypervirulent phenotype with the carbapenem resistance phenotype is of particular importance and is the subject of epidemiological and genomic surveillance in East Asia, Europe, and North America. However, this surveillance is scarce in low and middle-income countries and there is a lack of information in South America. Objectives: Identify genetic biomarkers of hypervirulence and other genetic determinants of virulence in complete genomes of carbapenem-resistant K. pneumoniae clinical isolates from South America, as well as their clinical-epidemiological characteristics, and evaluate the association between the presence of virulence determinants and site of infection and mortality. Methods: A systematic search of genomic sequences was carried out from original studies and the NCBI genome database. The sequences were analyzed with the Kleborate tool, and the metadata was analyzed with R Studio. Absolute and relative frequencies were calculated, and the Chi square test was used to evaluate the association between virulence determinants and site of infection and mortality. Results: 1203 CRKp sequences were obtained from 8 South American countries. The biomarkers of hypervirulence found were aerobactin (1.1%), salmochelin (0.1%), rmpADC gene (<0.1%). Other virulence determinants found were yersiniabactin (53.2%), colibactin (24.7%), and the capsular serotypes K64 (13.9%), K2 (2.2%) and K1 (0.1%). The sequences had associated information: sex (39.7%), age (38.8%), comorbidity (31.8%) and outcome (8%). An association was found between a low virulence score and increased mortality and invasive disease. Conclusions: The study describes the co- occurrence of K. pneumoniae whole genome sequences with carbapenemases genes and biomarkers of hypervirulence. However, both biomarkers of hypervirulence and genetic determinants of virulence were found less frequently in these isolates compared to those in Asia and Europe. On the other hand, the presence of high-risk sequence types such as ST11, ST258, and ST437 across South America was identified, highlighting the importance of improving genomic surveillance in the region.