Search

Submitted by Kalina CB/A (kalikros2@gmail.com) on 2021-11-10T20:48:09Z No. of bitstreams: 1 Tese - Stephanie Stephanie da Silva Rodrigues de Souza - 2020.pdf: 5223065 bytes, checksum: 010f2fd1b9588130b5f9eadc71d58e28 (MD5) Made available in DSpace on 2021-11-10T20:48:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Stephanie Stephanie da Silva Rodrigues de Souza - 2020.pdf: 5223065 bytes, checksum: 010f2fd1b9588130b5f9eadc71d58e28 (MD5) Previous issue date: 2020-09-14 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Enterococcus faecium stands out as an opportunistic pathogen frequently associated with hospital-acquired infections around the world. The aim of this study was to determine the population structure among E. faecium isolates recovered in hospitals of Rio de Janeiro city, Brazil, over a period of eight consecutive years (2009 to 2016) and to evaluate the genetic events related to the evolution of hospital-adapted clonal lineages. The bacterial isolates were initially characterized according to their susceptibilites to antimicrobial agents, evaluated by the disk-diffusion method, and to the presence of genetic determinants associated with resistance to antimicrobial agents and with virulence, investigated by PCR assays. Based on the results obtained, 52 strains were subsequently selected for whole-genome sequencing (WGS) using the Illumina Hiseq platform. In addition, another 22 strains belonging to the hospital-adapted lineage ST78, previously predominant in the city hospital institutions, were included for comparative purposes. An extensive pipeline of bioinformatics tools was implemented to reconstruct phylogenetic relationships and analyze different genetic aspects of the evolution of the 74 strains studied. Phylogenetic analyses indicated the occurrence of multiple lineage changes over time. ST78 was predominant among isolates recovered from 2002 to 2008, being replaced by the emergence of ST412. This lineage was predominant until 2012, when two new lineages have emerged: ST963 in 2013, and ST896 in 2015. Genome analyses revealed different mechanisms associated with the evolution of these lineages. ST78 had its emergence and expansion associated with the enlargement of the acessory genome, with a high number of insertion sequences (ISs) and prophages. Moreover, the exclusive presence of a toxin-antitoxin system, involved in the stabilization of mobile genetic elements (MGE), corroborated these findings. On the other side, the emergence of ST412, observed in two distinct waves, was associated with several recombination events in the ancestor nodes. Additionally, a high number of SNPs, possibly related to the formation of hypermutantes due to a stop codon acquisition in a DNA repair system, and the exclusive acquisition of cell wall biogenesis genes, were associated with the expansion of this lineage. Recombination events in the ancestor nodes were detected in the ST963 and ST896 lineages. ST896 had the lowest number of acessories genes, but a frequent presence of antibiotic resistance was strongly associated with this group. The expansion of ST963 was accompanied by the exclusive acquisition of genes related to amino acid metabolism and biosynthesis of secondary metabolites. A large number of genetic novelty units (GNU) was observed in this group. Some features such as the presence of drfF gene (trimethoprim resistance), virulence determinant hyl, the ISLgar5 and the allele 44 to purK gene were also related to the lineages that replaced ST78. Overall, our results indicate that the E. faecium population investigated has undergone successive lineage replacement in a dynamic evolutionary process. The data highlighted the different genetic events that may play a role in the emergency of specialized subpopulations adapted to the hospital environment and endorse the need of continuous monitoring the infections caused by this microorganism. Enterococcus faecium se destaca como um patógeno oportunista frequentemente associado a infecções hospitalares em todo o mundo. O objetivo deste estudo foi determinar a estrutura populacional de amostras de E. faecium isoladas em instituições hospitalares do estado do Rio de Janeiro, durante um período consecutivo de oito anos (2009 a 2016), e avaliar os eventos genéticos relacionados à evolução de linhagens adaptadas ao ambiente hospitalar. As amostras bacterianas foram inicialmente caracterizadas quanto à suscetibilidade aos antimicrobianos, avaliada pelo método de disco-difusão, e à presença de determinantes genéticos associados à resistência a antimicrobianos e a virulência, investigada por técnicas de PCR. Com base nos resultados obtidos, 52 amostras foram selecionadas para realização de sequenciamento do genoma completo (WGS) com o auxílio da plataforma Illumina Hiseq. Além dessas, outras 22 amostras pertencentes à linhagem hospitalar ST78, anteriormente circulante no estado, foram incluídas para fins comparativos. Um extenso pipeline de ferramentas de bioinformática foi empregado para reconstruir as relações filogenéticas e investigar diferentes aspectos genéticos do processo evolutivo das 74 amostras analizadas. As análises filogenéticas indicaram a ocorrência de múltiplas alterações populacionais ao longo do tempo. A linhagem ST78 foi predominante no período de 2002 a 2008, sendo posteriormente substituída pela ST412. Essa linhagem predominou até 2012, quando então, duas novas surgiram: ST963 em 2013 e ST896 em 2015. As análises do genoma revelaram diferentes mecanismos genéticos associados à evolução dessas linhagens. A linhagem ST78 teve seu surgimento e expansão associados ao aumento do genoma acessório, com um elevado número de sequências de inserção (IS) e profagos. Além disso, a presença exclusiva de um sistema toxina-antitoxina, envolvido na estabilização de elementos genéticos móveis (EGM), corroborou os resultados encontrados. Por outro lado, o surgimento da linhagem ST412, observada em duas ocasiões distintas, foi associado a eventos de recombinação nos nodos ancestrais. Ademais, um número elevado de SNPs, possivelmente relacionado à formação de hipermutantes devido ao ganho de um códon de parada em um sistema de reparo de DNA, e o ganho exclusivo de genes de biossíntese da parede celular, também foram associados à expansão desta linhagem. Eventos de recombinação foram detectados nos nodos ancestrais das linhagens ST963 e ST896. O ST896 teve o menor número de genes acessórios, entretanto esteve fortemente associado a uma maior presença de genes de resistência aos antimicrobianos. A expansão da ST963 foi acompanhada, particularmente, do ganho exclusivo de genes relacionados ao metabolismo de aminoácidos e de metabólitos secundários. Um número elevado de unidades de novidade genética (GNU) foi observado nesse grupo. Algumas características, tais como a presença do gene dfrF (resistência ao trimetoprim), do determinante de virulência hyl, da ISLgar5 e o alelo 44 do gene purK, também foram associadas às populações que substituíram a ST78. No geral, nossos resultados indicam que a população de E. faecium investigada sofreu sucessivas substituições de STs, associadas a um processo evolutivo dinâmico. Os dados evidenciam os diferentes eventos genéticos que podem ter desempenhado papel importante na emergência de subpopulações especializadas, e reafirmam a necessidade de constante monitoramento das infecções causadas por esse microrganismo.