The rapid spread of carbapenem-resistant lineages of Klebsiella pneumoniae, clustered within the clonal group CG258, is a growing public health problem associated with healthcareassociated infections. The objective of this study was to perform a genomic analysis of KPC-2 and/or CTX-M β-lactamase-producing strains of K. pneumoniae belonging to CG258 (ST11, ST258, ST340, ST437) circulating at the human-animal-environment interface, in Brazil and South America. The analysis was conducted to characterize the antimicrobial resistome, virulome, genetic elements of transfer and mobilization associated with the dissemination of the blaKPC-2 gene, and to perform a detailed comparative genomic analysis of the CG258; with subsequent pathogenicity evaluation in an invertebrate (Galleria mellonella) model of infection, aiming to identify biomarkers of virulence. The main results are presented in the format of six manuscripts. Manuscript I: New draft genome sequence of a Klebsiella pneumoniae strain 1194/11, belonging to ST340, showing a wide resisto-me. Manuscript II: The first draft genome sequence of a Klebsiella pneumoniae 606B ST340 carrying blaCTX-M-15 in food-producing animal isolated in Brazil. Manuscript III: The first draft genome sequence of a Klebsiella pneumoniae strain Kp171, recovered from a water sample collected in an urban river in Brazil, demonstrating that anthropogenic activities, including the release of wastewater and sewage from hospitals, may have contributed to the contamination of aquatic environments, raising a concern to public health. Manuscript IV: Identification and complete sequence analysis of an IncX3 plasmid carrying a non-Tn4401 genetic element (NTEKPC-Ic), originating from a hospital associated lineage of K. pneumoniae ST340, showing the spread of blaKPC-2 in new Incompatibility group. Manuscript V: Dissemination of blaKPC-2 in novel non-Tn4401 Element (NTEKPC-IId) carry by new small IncQ1 and Col-Like plasmids in lineages of Klebsiella pneumoniae ST11 and ST340. Manuscript VI: Yersiniabactin, colibactin and wider resistome contribute to enhanced virulence and persistence of KPC-2-producing K. pneumoniae CG258 in South America. The results obtained in the present study allow us to obtain a first genomic landscape of K. pneumoniae lineages of the CG258, circulating at the human-animal-environment interface, in Brazil and South America. In this regard, most likely the interplay of yersiniabactin and/or colibactin, and resistance to clinically significant antibiotics (as carbapenems and polymyxins) are contributing to the emergence of highly virulent and MDR lineages that pose great risk to human health. On the other hand, the wide antimicrobial resistome (antibiotics, disinfectants and heavy metals) could be contributing to adaptation of KPC-2- and/or CTX-M-producing K. pneumoniae CG258 in the human-animal-environment interface, highlighting the urgent need for enhanced control efforts. In conclusion, these findings could contribute to the development of strategies for prevention, diagnosis and treatment of K. pneumoniae infections. / A rápida disseminação de linhagens de Klebsiella pneumoniae resistentes aos carbapenêmicos, agrupadas dentro do grupo clonal GC258, e um crescente problema de saúde pública associado com infecções relacionadas a assistência a saúde. O objetivo deste estudo foi realizar uma análise genômica de cepas de K. pneumoniae produtoras de β-lactamases KPC-2 e/ou CTX-M, pertencentes ao GC258 (ST11, ST258, ST340, ST437), circulando na interface humana-ambiente-animal, no Brasil e na América do Sul. A análise foi direcionada para caracterizar o resistoma e viruloma, elementos genéticos de transferência e mobilização associados com a disseminação de genes blaKPC-2, e realizar uma análise de genômica comparativa detalhada do GC258, com posterior avaliação da patogenicidade em modelo invertebrado (Galleria mellonella) de infecção, visando identificar biomarcadores de virulência. Os principais resultados são apresentados na forma de seis manuscritos. Manuscrito I: Nova sequência \"draft\" do genoma de K. pneumoniae 1194/11isolado de amostra clínica, pertencente ao ST340, mostrando um amplo resistoma. Manuscrito II: O reporte da primeira sequência \"draft\" do genoma de K. pneumoniae 606B (ST340), contendo blaCTX-M-15 em animais de produção isolados no Brasil. Manuscrito III: O primeiro esboço da sequência do genoma de K. pneumoniae Kp171, recuperado de uma amostra de água coletada em um rio urbano no Brasil, demonstrando que atividades antrópicas, incluindo a liberação de esgoto e esgoto de hospitais, podem ter contribuído para a contaminação ambientes aquáticos, levantando uma preocupação para a saúde pública. Manuscripto IV: Identificação e análise de sequencia completa de um plasmídeo IncX3 portador de um elemento genético não Tn4401 (NTEKPC-Ic), originado de uma linhagem hospitalar associada a K. pneumoniae ST340, mostrando a disseminação de blaKPC-2 no novo grupo Incompatibilidade. Manuscrito V: Disseminação de blaKPC-2 no novo elemento non-Tn4401 (NTEKPC-IId) portado por novos pequenos plasmídeos IncQ1 e Col-Like em linhagens de K. pneumoniae ST11 e ST340. Manuscrito VI: Os resultados obtidos no presente estudo permitem gerar um panorama genômico das linhagens de K. pneumoniae do GC258, circulando na interface humana-animal-ambiente, no Brasil e na América do Sul. De principal interesse, a convergência da virulência associada com genes codificando yersiniabactina e/ou a colibactina e a resistência a antibióticos clinicamente significativos (como carbapenemicos e polimixinas), estão contribuindo para o aparecimento de linhagens altamente virulentas e multirresistentes que apresentam um grande risco a saúde humana. Por outro lado, a ampla resistência aos antimicrobiana (antibióticos, desinfetantes e metais pesados) poderia estar contribuindo para a adaptação de estirpes de K. pneumoniae do GC258, produtoras de KPC-2- e/ou CTX-M, na interface humana-ambiente-animal, destacando a necessidade urgente de medidas para o controle de disseminação. Em conclusão, esses achados poderiam contribuir para o desenvolvimento de estratégias de prevenção, diagnóstico e tratamento das infecções por K. pneumoniae.

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A resistência bacteriana a antibióticos é um grave e crescente problema de saúde pública de âmbito mundial. O principal, e mais eficiente, mecanismo de resistência aos &#946-lactâmicos em bacilos Gram-negativos é a produção de &#946-lactamases, que possuem a capacidade de hidrolisar o anel &#946-lactâmicos e consequentemente inativar essa classe de antibióticos. Vale ressaltar, que atualmente os antibióticos &#946-lactâmicos são os mais utilizados clinicamente, particularmente em infecções graves. Dentre as &#946-lactamases existentes destacam-se as carbapenemases, enzimas capazes de inativar a maioria dos antibióticos &#946-lactâmicos. Uma grande preocupação é o fato dessas enzimas, em sua maioria, serem codificadas por plasmídeos, o que propicia a disseminação desses genes de resistência; portanto, é de extrema importância a realização de um rápido e efetivo monitoramento da presença de patógenos portadores desses genes de resistência, para que assim se possa prevenir a disseminação desses determinantes. Foram incluídos neste estudo 230 amostras únicas de Acinetobacter e Pseudomonas aeruginosa resistentes a imipenem detectados em pacientes internados em hospitais privados da cidade de São Paulo durante o período de fevereiro a outubro de 2013. As amostras foram avaliadas quanto à hidrólise de imipenem por espectrofotometria, quanto à presença de genes de carbapenemases por PCR e sequenciamento, e quanto à clonalidade por eletroforese em campos pulsados (PFGE) ou ERIC-PCR. Foram realizados ensaios de conjugação, transformação e sequenciamento completo de plasmídeos. Dentre as amostras de Acinetobacter spp. 80% (88) foram capazes de hidrolisar o imipenem. Dentre esses 76,1% (67) foram positivos para blaOXA-51-like, 19,3% (17) foram positivos para blaOXA-72. blaOXA-23, blaOXA-482 e blaIMP-1 foram detectados isoladamente em isolados distintos. O gene blaIMP-1 foi detectado em A. ursingii inserido em integron de classe 1 e representa a primeira descrição no Brasil. Uma nova carbapenemase OXA-482-like foi detectada em A. baumanii. Utilizando-se ERIC-PCR, observou-se uma grande diversidade de grupos clonais, com o máximo de quatro isolados por grupo. Dentre as amostras de P. aeruginosa, apenas 35,3% foram capazes de hidrolisar o imipenem. Dessas amostras, 14 possuíam o gene blaSPM-1, e isolados únicos possuíam, individualmente, os genes blaIMP, blaVIM, blaKPC-2 ou blaGES-23. O gene blaKPC-2 foi detectado inserido em contexto genético diferente dos descritos anteriormente, em plasmídeo IncU de 32 Kb, mobilizável, mas não conjugativo. Esta é a primeira descrição da sequencia completa de plasmídeo albergando o gene blaKPC-2 em P. aeruginosa no Brasil. Nas demais amostras (20) com atividade hidrolítica, não foram detectados genes de carbapenemase conhecidos, o que sugere a presença de genes de carbapenemase ainda não descritos. Em três amostras foi possível obter transformantes com plasmídeos, resistentes a carbapenêmicos. As amostras com blaSPM-1 apresentaram perfis de PFGE estreitamente relacionados. Em contraste, os perfis de PFGE das amostras com potenciais novas carbapenemases apresentaram índice de similaridade de Dice inferior ix a 80%, evidenciando grande diversidade clonal. Nossos achados evidenciam que a carbapenemase não intrínseca predominante em Acinetobacterem hospitais privados da cidade de São Paulo é OXA-72, e em hospitais privados há uma grande diversidade clonal. Em P. aeruginosa, a carbapenemase predominante é SPM-1, cuja disseminação é mediada por um único clone. Há potencialmente um número significativo de novas carbapenemases em Acinetobacter e P. aeruginosa, algumas delas mediadas por plasmídeos. / Bacterial resistance to antibiotics is a serious and growing public health problem worldwide. The main and most efficient mechanism of resistance to &#946-lactams in Gram-negative bacilli is the production of &#946-lactamases, which have the ability to hydrolyze the &#946-lactam ring and consequently inactivate this class of antibiotics. It is worth mentioning that currently &#946-lactam antibiotics are the most used clinically, particularly in severe infections. Among the existing &#946-lactamases, carbapenemases are capable of inactivating most &#946-lactam antibiotics. A major concern is that these enzymes are mostly encoded by plasmids, which facilitates the spread of these resistance genes; therefore, it is of extreme importance to carry out a rapid and effective monitoring of the presence of pathogens bearing these resistance genes, in order to prevent the dissemination of these determinants. This study included 230 unique samples of imipenem-resistant Acinetobacterand Pseudomonas aeruginosa detected in patients hospitalized in private hospitals in the city of São Paulo during the period from February to October 2013. The samples were evaluated for the imipenem hydrolysis by spectrophotometry, the presence of carbapenemase genes by PCR and sequencing, and concerning clonality by pulsed field electrophoresis (PFGE) or ERIC-PCR. Conjugation, transformation and complete sequencing of plasmids were performed. Among Acinetobacter spp. samples, 80% (88) were able to hydrolyze imipenem. Among these, 76.1% (67) were positive for blaOXA-51-like genes and 19.3% (17) were positive for blaOXA-72. The blaOXA-23, blaOXA-482 and blaIMP-1 genes were detected alone in distinct isolates. The blaIMP-1 gene was detected in A. ursingii inserted in class 1 integron and represents the first description in Brazil. A novel OXA-482-like carbapenemase was detected in A. baumanii. Using ERIC-PCR, a great diversity of clonal groups was observed, with a maximum of four isolates per group. Among P. aeruginosa samples, only 35.3% were able to hydrolyze imipenem. Of these samples, 14 had the blaSPM-1 gene, and single isolates individually possessed the blaIMP, blaVIM, blaKPC-2 or blaGES-23 genes. The blaKPC-2 gene was found inserted in a genetic context different from those described previously, in a mobilizable, but not conjugative, 32 Kb IncU plasmid. This is the first description of the complete nucleotide sequence of a plasmid harboring the blaKPC-2 gene in P. aeruginosa in Brazil. In the remaining samples (20) with hydrolytic activity, no known carbapenemase genes were detected, suggesting the presence of carbapenemase genes not yet described. In three samples it was possible to obtain transformants with plasmids, resistant to carbapenems. Samples with blaSPM-1 showed closely related PFGE profiles. In contrast, the PFGE profiles of the samples with potential new carbapenemases showed Dice similarity index lower than 80%, evidencing a great clonal diversity. Our findings show that the predominant non-intrinsic carbapenemase in Acinetobacter in the city of São Paulo is OXA-72, and in private hospitals there is great clonal diversity. In P. aeruginosa, the predominant carbapenemase is SPM-1, the spread of this enzyme is mediated by a single clone. There are potentially a significant number of new carbapenemases in Acinetobacter and P. aeruginosa, some of them plasmid mediated.

A resistência bacteriana a antibióticos é um grave e crescente problema de saúde pública de âmbito mundial. O principal, e mais eficiente, mecanismo de resistência aos &#946-lactâmicos em bacilos Gram-negativos é a produção de &#946-lactamases, que possuem a capacidade de hidrolisar o anel &#946-lactâmicos e consequentemente inativar essa classe de antibióticos. Vale ressaltar, que atualmente os antibióticos &#946-lactâmicos são os mais utilizados clinicamente, particularmente em infecções graves. Dentre as &#946-lactamases existentes destacam-se as carbapenemases, enzimas capazes de inativar a maioria dos antibióticos &#946-lactâmicos. Uma grande preocupação é o fato dessas enzimas, em sua maioria, serem codificadas por plasmídeos, o que propicia a disseminação desses genes de resistência; portanto, é de extrema importância a realização de um rápido e efetivo monitoramento da presença de patógenos portadores desses genes de resistência, para que assim se possa prevenir a disseminação desses determinantes. Foram incluídos neste estudo 230 amostras únicas de Acinetobacter e Pseudomonas aeruginosa resistentes a imipenem detectados em pacientes internados em hospitais privados da cidade de São Paulo durante o período de fevereiro a outubro de 2013. As amostras foram avaliadas quanto à hidrólise de imipenem por espectrofotometria, quanto à presença de genes de carbapenemases por PCR e sequenciamento, e quanto à clonalidade por eletroforese em campos pulsados (PFGE) ou ERIC-PCR. Foram realizados ensaios de conjugação, transformação e sequenciamento completo de plasmídeos. Dentre as amostras de Acinetobacter spp. 80% (88) foram capazes de hidrolisar o imipenem. Dentre esses 76,1% (67) foram positivos para blaOXA-51-like, 19,3% (17) foram positivos para blaOXA-72. blaOXA-23, blaOXA-482 e blaIMP-1 foram detectados isoladamente em isolados distintos. O gene blaIMP-1 foi detectado em A. ursingii inserido em integron de classe 1 e representa a primeira descrição no Brasil. Uma nova carbapenemase OXA-482-like foi detectada em A. baumanii. Utilizando-se ERIC-PCR, observou-se uma grande diversidade de grupos clonais, com o máximo de quatro isolados por grupo. Dentre as amostras de P. aeruginosa, apenas 35,3% foram capazes de hidrolisar o imipenem. Dessas amostras, 14 possuíam o gene blaSPM-1, e isolados únicos possuíam, individualmente, os genes blaIMP, blaVIM, blaKPC-2 ou blaGES-23. O gene blaKPC-2 foi detectado inserido em contexto genético diferente dos descritos anteriormente, em plasmídeo IncU de 32 Kb, mobilizável, mas não conjugativo. Esta é a primeira descrição da sequencia completa de plasmídeo albergando o gene blaKPC-2 em P. aeruginosa no Brasil. Nas demais amostras (20) com atividade hidrolítica, não foram detectados genes de carbapenemase conhecidos, o que sugere a presença de genes de carbapenemase ainda não descritos. Em três amostras foi possível obter transformantes com plasmídeos, resistentes a carbapenêmicos. As amostras com blaSPM-1 apresentaram perfis de PFGE estreitamente relacionados. Em contraste, os perfis de PFGE das amostras com potenciais novas carbapenemases apresentaram índice de similaridade de Dice inferior ix a 80%, evidenciando grande diversidade clonal. Nossos achados evidenciam que a carbapenemase não intrínseca predominante em Acinetobacterem hospitais privados da cidade de São Paulo é OXA-72, e em hospitais privados há uma grande diversidade clonal. Em P. aeruginosa, a carbapenemase predominante é SPM-1, cuja disseminação é mediada por um único clone. Há potencialmente um número significativo de novas carbapenemases em Acinetobacter e P. aeruginosa, algumas delas mediadas por plasmídeos. / Bacterial resistance to antibiotics is a serious and growing public health problem worldwide. The main and most efficient mechanism of resistance to &#946-lactams in Gram-negative bacilli is the production of &#946-lactamases, which have the ability to hydrolyze the &#946-lactam ring and consequently inactivate this class of antibiotics. It is worth mentioning that currently &#946-lactam antibiotics are the most used clinically, particularly in severe infections. Among the existing &#946-lactamases, carbapenemases are capable of inactivating most &#946-lactam antibiotics. A major concern is that these enzymes are mostly encoded by plasmids, which facilitates the spread of these resistance genes; therefore, it is of extreme importance to carry out a rapid and effective monitoring of the presence of pathogens bearing these resistance genes, in order to prevent the dissemination of these determinants. This study included 230 unique samples of imipenem-resistant Acinetobacterand Pseudomonas aeruginosa detected in patients hospitalized in private hospitals in the city of São Paulo during the period from February to October 2013. The samples were evaluated for the imipenem hydrolysis by spectrophotometry, the presence of carbapenemase genes by PCR and sequencing, and concerning clonality by pulsed field electrophoresis (PFGE) or ERIC-PCR. Conjugation, transformation and complete sequencing of plasmids were performed. Among Acinetobacter spp. samples, 80% (88) were able to hydrolyze imipenem. Among these, 76.1% (67) were positive for blaOXA-51-like genes and 19.3% (17) were positive for blaOXA-72. The blaOXA-23, blaOXA-482 and blaIMP-1 genes were detected alone in distinct isolates. The blaIMP-1 gene was detected in A. ursingii inserted in class 1 integron and represents the first description in Brazil. A novel OXA-482-like carbapenemase was detected in A. baumanii. Using ERIC-PCR, a great diversity of clonal groups was observed, with a maximum of four isolates per group. Among P. aeruginosa samples, only 35.3% were able to hydrolyze imipenem. Of these samples, 14 had the blaSPM-1 gene, and single isolates individually possessed the blaIMP, blaVIM, blaKPC-2 or blaGES-23 genes. The blaKPC-2 gene was found inserted in a genetic context different from those described previously, in a mobilizable, but not conjugative, 32 Kb IncU plasmid. This is the first description of the complete nucleotide sequence of a plasmid harboring the blaKPC-2 gene in P. aeruginosa in Brazil. In the remaining samples (20) with hydrolytic activity, no known carbapenemase genes were detected, suggesting the presence of carbapenemase genes not yet described. In three samples it was possible to obtain transformants with plasmids, resistant to carbapenems. Samples with blaSPM-1 showed closely related PFGE profiles. In contrast, the PFGE profiles of the samples with potential new carbapenemases showed Dice similarity index lower than 80%, evidencing a great clonal diversity. Our findings show that the predominant non-intrinsic carbapenemase in Acinetobacter in the city of São Paulo is OXA-72, and in private hospitals there is great clonal diversity. In P. aeruginosa, the predominant carbapenemase is SPM-1, the spread of this enzyme is mediated by a single clone. There are potentially a significant number of new carbapenemases in Acinetobacter and P. aeruginosa, some of them plasmid mediated.

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