Participació dels factors de virulència extraintestinal d'Escherichia coli en la seva acció uropatògena

Abstract

La infecció del tracte urinari (ITU) és una de les malalties infeccioses més comuns en el nostre àmbit, i Escherichia coli és el principal agent. Entre els aïllats clínics d’ Escherichia coli, les taxes de resistència als antibiòtics s'han incrementat substancialment. Les soques resistents a les quinolones i fluoroquinolones són menys virulentes que les sensibles. Alhora, Escherichia coli és la població majoritària de la flora intestinal en humans i animals, pel que l'intestí constitueix un reservori important de bacteris causants d'infeccions extraintestinals, com ara la ITU. Les soques d’E. coli que causen infecció extraintestinal (ExPEC) pertanyen principalment al grup filogenètic B2 i en menor mesura al grup D, i presenten molts dels putatius factors de virulència com ara adhesines, toxines, sideròfors i polisacàrids, factors que poden ser codificats en elements genètics mòbils (plasmidis, bacteriòfags, i illes de patogenicitat). Per contra, les soques d’ Escherichia coli comensals pertanyen principalment als grups A i B1, i típicament no tenen trets de virulència. Estudi 1: Per conèixer el paper que els factors de virulència d' E. coli juguen en la patogènia de la bacterièmia d'origen urinari, es van recollir soques d´E. coli aïllades de pacients amb aquesta condició i es varen comparar les seves propietats de virulència i el grup filogenètic amb les de soques d'E coli de pacients amb pielonefritis, i de pacients amb bacterièmia d’altres orígens. Els resultats d'aquest estudi suggereixen que les soques d'E coli que causen bacterièmia d'origen urinari posseeixen trets diferencials. Son soques que comparteixen ancestres evolutius comuns amb les altres soques ExPEC, com s'indica pel predomini de grup filogenètic B2 i de diversos trets de virulència. No obstant això, alguns factors semblen ser crítics per a la producció d'aquesta condició, com ara les fímbries P (especialment l’al·lel II de PapG) per arribar al ronyó, i certes toxines (CNF1) i les fímbries S/F1C per a produir urosepsis. Aquestes dades impliquen que, per a una síndrome clínica particular, factors específics de virulència poden ser igual o més importants per a la capacitat patogènica d’E. coli que el nombre total de factors de virulència que posseeix. Estudi 2 : Per conèixer el paper que la resistència a determinats antimicrobians juga en la patogènia de les infeccions extraintestinals, es van comparar els aïllats d´E. coli resistents i sensibles a quinolones, fluoroquinolones i trimethioprim/sulfametoxazol. Els resultats suggereixen que en les soques d’E .coli causants d’infecció urinària, la resistència als tres antimicrobians s’associa amb una disminució de la prevalença dels factors de virulència i amb un desplaçament cap a grups filogenètics no B2, i que aquests canvis son més marcats entre els aïllats resistents a les fluoroquinolones . Estudi 3 i 4: Per avaluar les similituds o diferències en l'estructura de les poblacions fecals de dones sanes i dones amb infecció urinària, es va utilitzat la mateixa metodologia, encara que en les dones amb ITU es va incloure l’estudi de la soca d’E. coli causant de la mateixa. Les poblacions d'E coli fecals varien considerablement segons l’hoste, tant pel que fa a la diversitat clonal com a la distribució filogenètica. E. coli dels grups B2 i D són més comuns en mostres pauciclonals (≤4 clons d'E coli per mostra). Els clons dominants fecals i aquells clons pertanyents a mostres pauciclonals presenten un grau elevat de virulència. Conseqüentment, els trets de virulència associats (grup filogenètic B2 i D, i factors de virulència) s’associen amb la dominància i la poca diversitat fecal clonal; i aquest fenomen incrementa la probabilitat que els clons pertanyents als grups B2 i D produeixin infecció urinària o altres infeccions extraintestinals.

La infección del tracto urinario (ITU) es la enfermedad infecciosa más común en nuestro ámbito, y Escherichia coli es el principal agente. Entre los aislados clínicos de Escherichia coli, las tasas de resistencia a los antimicrobianos se han incrementado sustancialmente. Las cepas resistentes a las quinolonas y fluoroquinolonas son menos virulentas que las sensibles. Asimismo, Escherichia coli es la población mayoritaria de la flora intestinal en humanos y animales, el intestino constituye un reservorio importante de bacterias causantes de infecciones extraintestinales, como la ITU. Las cepas que causan infección pertenecen principalmente al grupo filogenético B2 y en menor medida al grupo D; estas cepas presentan muchos de los putativos factores de virulencia, como adhesinas, toxinas, sideróforos y polisacáridos, estos factores pueden ser codificados en elementos genéticos móviles (plásmidos, bacteriófagos, e islas de patogenicidad). Por el contrario, Escherichia coli comensales pertenece principalmente a los grupos A y B1, y no presenta factores de virulencia. Estudio 1: Para conocer el papel de los factores de virulencia de E.. coli en la patogénesis de la bacteriemia de origen del tracto urinario, se recogieron cepas aisladas en pacientes con esta condición y se compararon las propiedades virulentas y el grupo filogenético con las de las cepas de pacientes con pielonefritis, y con bacteriemia de otros orígenes. Los datos de este estudio sugieren que las cepas de E. coli que causan bacteriemia de origen del tracto urinario pueden considerarse un grupo diferente. En general, estas cepas comparten ancestros evolutivos comunes con las otras cepas ExPEC, como se indica por el predominio del grupo B2 y de varios factores de virulencia. Sin embargo, algunos factores parecían ser críticos para la producción de esta condición, como las fimbrias P (especialmente el alelo II de PapG) para llegar al riñón, y toxinas (CNF1) y las fimbrias S/F1C para producir urosepsis. Estos datos implican que, para un síndrome clínico particular, específicos factores de virulencia de E.. coli pueden ser más o igualmente importantes para la capacidad patogénica que el número total de factores de virulencia presentes. Estudio 2: Para conocer el papel que juegan en la patogénesis de las infecciones extraintestinales, la resistencia a determinados antimicrobianos, el grupo filogenético y la virulencia, comparamos los aislados de E.. coli resistentes y susceptibles a quinolonas, fluoroquinolonas y trimethioprim/sulfametoxazol. Nuestros resultados sugieren que entre las cepas de pacientes con infección urinaria, la resistencia a los antimicrobianos se asoció con una disminución de la prevalencia de los factores de virulencia y se desplaza a grupos no B2, siendo estos cambios más marcados entre los aislados resistentes a las fluoroquinolonas. Estudio 3 y 4: Se ha utilizado la misma metodología para analizar muestras fecales de mujeres sanas y mujeres con infección urinaria (en este caso, también se ha aislado la cepa de E. coli causante de la infección urinaria) con el objetivo de evaluar las similitudes o diferencias en la estructura de las poblaciones fecales. Las poblaciones fecales de E. coli varía considerablemente según el huésped, tanto respecto a la diversidad clonal como la distribución filogenética. E. coli de los grupos B2 y D son más comunes en muestras pauciclonales (≤4 clones de E. coli por muestra). Comparando los clones no dominantes con aquellos clones pertenecientes a muestras multiclonales, los clones dominantes fecales y aquellos clones pertenecientes a muestras pauciclonales presentan un elevado grado de virulencia. Por lo tanto, los rasgos de virulencia asociados (grupo B2 y D, y factores de virulencia) se asocian con la dominancia y la poca diversidad fecal clonal; y este fenómeno incrementa la probabilidad de que los clones pertenecientes a los grupos B2 y D produzcan infección urinaria u otras infecciones extraintestinales.

Urinary tract infection (UTI), one of the most frequent types of bacterial infection, is usually due to Escherichia coli. Among human clinical isolates of Escherichia coli, rates of antimicrobial resistance have increased substantially. It has been reported that E .coli resistant to quinolones and fluoroquinolones were less virulent tan susceptible stains. The gut constitutes an important reservoir of bacteria causing extraintestinal infections such as urinary tract infection (UTI). Escherichia coli is both the predominant facultative intestinal organism and the most frequent agent of extraintestinal infection due to gut-source bacteria. Extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC), the distinctive strains that cause most extraintestinal E. coli infections, belong mainly to phylogenetic group B2 and to a lesser extent group D. ExPEC exhibit many putative or proven virulence traits such as adhesines, toxins, siderophores and polysaccharides surface coatings, which can be encoded on mobile genetic elements, such as plasmids, bacteriophages, and pathogenicity-associated islands (PAIs). In contrast, commensal E. coli belonged principally to phylogenetic groups A and B1, and typically are devoid of virulence traits. Study 1: To gain insight into the role of E. coli virulence determinants in the pathogenesis of bacteremia from a urinary tract origin, we collected strains isolated from patients with this condition and compared their virulence properties and phylogenetic background with those of E. coli stains from patients with pyelonephritis and negative blood cultures, and strains from patients with other sources of bacteremia. The data from this study suggest that E. coli strains causing bacteremia of urinary tract origin can be considered a distinct group. In general, these strains shared evolutionary ancestors with the remaining ExPEC, as indicated by the predominance of phylogenetic group B2 and various virulence traits. However, some factors appeared to be critical for the production of this condition, such as P fimbriae (specially allele II of papG) for reaching the kidney, and toxins (cnf1) and S and/or F1C fimbriae for producing urosepsis. These data strongly imply that, for a particular clinical syndrome, specific E. coli virulence traits might be equally important or more important for pathogenetic capability than the total number of virulence traits present. Study 2: To gain insight into the role that resistance, phylogenetic background and virulence traits play in the pathogenesis of extraintestinal pathogenic E .coli infections, we compared isolates resistant and susceptible to quinolones, fluoroquinolones and trimethoprim/sulfamethoxazole. Our results suggest that among E .coli from Patients with various UTI syndromes, resistance to quinolones, fluoroquinolones and trimethoprim/sulfamethoxazole was associated with a decreased prevalence of virulence genes and shifts to non-B2 phylogenetic groups, with these changes being most marked among isolates resistant to fluoroquinolones. Study 3 and 4: We used the same sampling methodology to analyze fecal samples from healthy women and women with UTI (also urine E. coli isolate), with the aim of assessing for similarities or differences in the structure of the fecal populations between healthy women and women with UTI. In summary, fecal E. coli populations varies considerably by host with respect to both clonal diversity and phylogenetic distribution. E. coli clones from phylogenetic groups B2 and D are most common in pauciclonal samples (≤4 E. coli clones /samples) and tend to behave as dominant clones. Compared with nondominant clones and those from multiclonal samples, dominant fecal clones and those from pauciclonal samples exhibit higher virulence scores. Thus, virulence-associated traits (phylogenetic group B2/D and virulence factors) are associated with clonal dominance and with low fecal clones diversity, and these phenomena may enhance the likelihood of clones from groups B2 and D causing UTI or other extraintestinal infections.