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Publication
Assessing antibiotic resistance in Gram negative bacteria from animals and the wider environment
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The alarming increase in the levels of antibiotic resistant bacteria in clinical practice launched the call for a broader understanding of this event. This Ph.D. thesis aimed to unravel the main mobile antibiotic resistance determinants circulating in Gram negative bacteria from non-human sources, showing the contribution of mobile genetic elements for the overall process. The susceptibility and molecular epidemiological studies performed on different collections of bacterial isolates showed the predominance of multidrug resistant Escherichia coli in animals of different origins, soil and vegetables. E. coli and other species of Gram negative bacteria were related with carriage of diverse antibiotic resistance genes [e.g. blaCTX-M-1, blaCTX-M-15, blaCMY-2, blaGES-11, qnrS1, aac(6’)-Ib-cr, strAB, tet, drfA, aadA, mcr-1] that were associated with a transferable genetic support. Indeed, an assortment of mobile genetic elements (e.g. IncI1 and IncF plasmids, ISEcp1 insertion sequences, Tn402 and Tn7 transposons and class 1, 2 and 3 integrons) was detected in the genetic proximity of those antibiotic resistance genes, suggesting their profound involvement, not only in interspecies dispersion, but also in the movement of the genes within the cell. Specific genomic investigation of two Enterobactericeae isolates and the proteomic study of a third, underscored the potential of massive omic approaches to study antibiotic resistance as a global process. One of the key findings released from these studies is that antibiotic resistance is not only linked to virulence and pathogenicity, but can also be connected to core bacterial metabolic processes. The results obtained throughout this thesis extend our knowledge on the distribution of mobile antibiotic resistance genes in animals, environment and, ultimately, in the food chain. If the gathered results increased our concerns towards the current distribution of antibiotic resistant bacteria, they can also be an encouragement to address this problem at a global scale.
A emergência da resistência aos antibióticos na medicina humana lançou o apelo para uma compreensão ampla e concertada deste evento. A presente dissertação teve como principal objectivo investigar os determinantes de resistência aos antibióticos transferíveis entre bactérias de Gram negativo, destacando o contributo de elementos genéticos móveis para a sua disseminação. Os estudos de susceptibilidade e epidemiologia molecular, realizados em colecções de isolados bacterianos demonstraram a predominância de Escherichia coli com multiresistência aos antibióticos, quer em amostras provenientes de animais, quer de solos e vegetais. Tal como E. coli, outras bactérias de Gram negativo estavam associadas a genes de resistência com importância clínica [tais como blaCTX-M-1, blaCTX-M-15, blaCMY-2, blaGES-11, qnrS1, aac(6’)-Ib-cr, strAB, tet, drfA, aadA, mcr-1], por sua vez, incorporados em suportes genéticos mobilizáveis. De facto, a diversidade de elementos genéticos móveis (por exemplo, plasmídeos do tipo IncI1 e IncF, sequências de inserção ISEcp1, transposões Tn402 e Tn7 e integrões de classes 1, 2 e 3) detectados na proximidade desses genes sugeriram o seu envolvimento, não só na dispersão interespécies dos determinantes de resistência, como também na sua movimentação no interior da célula bacteriana. A investigação do genoma de dois isolados de Enterobacteriaceae e do proteoma de um terceiro, sublinhou o potencial das abordagens ómicas no estudo da resistência aos antibióticos. A principal conclusão emanada desta análise revelou que a resistência aos antibióticos, não só está directamente associada à patogenicidade, como está também relacionada com processos metabólicos centrais. Os resultados obtidos com a presente dissertação de doutoramento amplificaram o conhecimento científico existente relativo à distribuição de genes móveis de resistência aos antibióticos em animais, no ambiente e, em última instância, na cadeia alimentar. Se os resultados alcançados elevaram a preocupação existente acerca da emergência da resistência aos antibióticos que sirvam também como motivação para abordar este problema de uma forma global.
A emergência da resistência aos antibióticos na medicina humana lançou o apelo para uma compreensão ampla e concertada deste evento. A presente dissertação teve como principal objectivo investigar os determinantes de resistência aos antibióticos transferíveis entre bactérias de Gram negativo, destacando o contributo de elementos genéticos móveis para a sua disseminação. Os estudos de susceptibilidade e epidemiologia molecular, realizados em colecções de isolados bacterianos demonstraram a predominância de Escherichia coli com multiresistência aos antibióticos, quer em amostras provenientes de animais, quer de solos e vegetais. Tal como E. coli, outras bactérias de Gram negativo estavam associadas a genes de resistência com importância clínica [tais como blaCTX-M-1, blaCTX-M-15, blaCMY-2, blaGES-11, qnrS1, aac(6’)-Ib-cr, strAB, tet, drfA, aadA, mcr-1], por sua vez, incorporados em suportes genéticos mobilizáveis. De facto, a diversidade de elementos genéticos móveis (por exemplo, plasmídeos do tipo IncI1 e IncF, sequências de inserção ISEcp1, transposões Tn402 e Tn7 e integrões de classes 1, 2 e 3) detectados na proximidade desses genes sugeriram o seu envolvimento, não só na dispersão interespécies dos determinantes de resistência, como também na sua movimentação no interior da célula bacteriana. A investigação do genoma de dois isolados de Enterobacteriaceae e do proteoma de um terceiro, sublinhou o potencial das abordagens ómicas no estudo da resistência aos antibióticos. A principal conclusão emanada desta análise revelou que a resistência aos antibióticos, não só está directamente associada à patogenicidade, como está também relacionada com processos metabólicos centrais. Os resultados obtidos com a presente dissertação de doutoramento amplificaram o conhecimento científico existente relativo à distribuição de genes móveis de resistência aos antibióticos em animais, no ambiente e, em última instância, na cadeia alimentar. Se os resultados alcançados elevaram a preocupação existente acerca da emergência da resistência aos antibióticos que sirvam também como motivação para abordar este problema de uma forma global.
Description
Tese de doutoramento em Biologia, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, 2016
Orientadora: Doutora Maria Manuela Marin Caniça, Investigadora Principal com Habilitação, Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge
Co-orientadora: Doutora Isabel Maria Godinho de Sá Nogueira Professora Associada com Agregação, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa
Orientadora: Doutora Maria Manuela Marin Caniça, Investigadora Principal com Habilitação, Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge
Co-orientadora: Doutora Isabel Maria Godinho de Sá Nogueira Professora Associada com Agregação, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa
Keywords
Antibiotic Resistance Mobile Genetic Elements Dissemination Agriculture Environment Animals Resistência aos Antimicrobianos Elementos Genéticos Móveis Disseminação Agricultura Ambiente Animais