Genotypic characterization of clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa

Abstract

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen, responsible for frequently lethal nosocomial infections. With an out of the ordinary genomic plasticity, P. aeruginosa has at its disposal a multitude of traits that allows it to be phenotypically flexible and thrive both in the environment and in the host. Such traits are the ones accounted for the high number of infections by P. aeruginosa registered in the literature, especially in cystic fibrosis suffering patients, and for the increasing frequency of multi-drug resistant isolates of P. aeruginosa, The epidemiological study of P. aeruginosa infections is therefore essential to the development of better surveillance systems, outbreak detection and clinical treatments. The characterization of microorganisms is centre key in epidemiology. In 2010, a collaborative effort was established between the Centre of Molecular and Environmental Biology (CBMA) of University of Minho (Braga, Portugal) and Hospital de Braga (Braga, Potugal), in order to further expand the knowledge of the biology of P. aeruginosa, resulting in a diversified collection of isolates with over 500 samples, currently. In this work, it is presented an epidemiological study of P. aeruginosa infections in Hospital de Braga, with the genotypic characterization of 528 isolates by RAPDPCR. With this study, it was determined which patients, hospital services and anatomical sources were most associated with P. aeruginosa infections in Hospital de Braga, as well as the prevalence of mono/multi-infections and multi-drug resistant P. aeruginosa isolates throughout the years. After establishment of the RAPD-PCR technique and development of a pipeline for genotyping analysis, the P. aeruginosa isolates were divided into 21 genotypic groups. The frequency of each group in the aforementioned scenarios was determined, with special focus given to pan-drug resistant isolates and isolates from a cystic fibrosis suffering patient. Overall, it was found that, despite variations in genotypic group frequencies, it was rare that a genotypic group was not represented at all. This finding mirrors the ubiquity and phenotypically flexibility of P. aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa é um microrganismo patogénico oportunista, responsável por infecções hospitalares frequentemente letais. Com uma grande plasticidade genómica, P. aeruginosa tem à sua disposição uma multitude de factores que se traduzem numa grande flexibilidade fenotípica, permitindo-lhe prosperar tanto no ambiente como no hospedeiro. Tais factores são responsáveis pelo elevado número de infecções por P. aeruginosa registado na literatura, especialmente em doentes de fibrose cística, e pelo contínuo aumento da frequência de isolados clínicos de P. aeruginosa multirresistentes a antibióticos. Estudos epidemiológicos são nesse sentido essenciais para o desenvolvimento de melhores sistemas de vigilância, detecção de epidemias e tratamentos clínicos. A caracterização de microorganismos é fulcral em estudos epidemiológicos. Em 2010, uma colaboração entre o Centro de Biologia Molecular e Ambiental (CBMA) da Universidade do Minho (Braga, Portugal) e o Hospital de Braga (Braga, Portugal) foi estabelecida, com o intuito de expandir o conhecimento sobre a biologia de P. aeruginosa. Esta colaboração resultou numa diversificada colecção de isolados, com mais de 500 amostras actualmente. Neste trabalho, é apresentado um estudo epidemiológico das infecções por P. aeruginosa no Hospital de Braga ao longo de cinco anos, com a caracterização genotípica de 528 isolados por RAPD-PCR. Com este estudo determinou-se que pacientes, serviços hospitalares e fontes anatómicas estavam mais associadas com a ocorrência de infecções por P. aeruginosa no Hospital de Braga, assim como qual a prevalência de mono/multinfecções e isolados multirresistentes a antibióticos ao longo dos anos. Após estabelecimento da técnica de RAPD-PCR e desenvolvimento de uma metodologia para a análise genotípica, procedeu-se à divisão dos isolados clínicos de P. aeruginosa em 21 grupos genotípicos. A frequência de cada grupo nas situações anteriormente citadas foi determinada, com especial atenção dada a isolados panresistentes a antibióticos e isolados de um doente de fibrose cística. Globalmente, descobriu-se que, apesar de variações de frequência dos grupos genotípicos serem observadas, raramente um grupo genotípico não era representado. Este achado reflecte a ubiquidade e flexibilidade fenotípica de P. aeruginosa.