Caracterización genómica, estructura poblacional y determinantes de resistencia a antimicrobianos de Shigella sonnei, Shigella flexneri y Escherichia coli aislados de hombres que mantienen relaciones sexuales con hombres

Abstract

Shigella flexneri, Shigella sonnei, Shigella dysenteriae i Shigella boydii són els agents etiològics de la shigel·losi. Aquesta infecció als països amb rendes altes es relaciona amb viatges a regions endèmiques, encara que també s’ha documentat la seva adquisició per via sexual en homes que mantenen relacions sexuals amb homes (HSH). Entre 2015-2019 es va identificar que el 55% i el 24,3% dels aïllats de S. flexneri i S. sonnei¸ respectivament, obtinguts al Servei de Microbiologia de l’Hospital Vall d’Hebron, van estar associats a HSH. Aquests aïllats mostraven una major resistència a diverses famílies d’antimicrobians, com són l’azitromicina o la ciprofloxacina, respecte als aïllats obtinguts per altres vies, com viatges a zones endèmiques. Addicionalment, les anàlisis filogenòmiques van permetre identificar llinatges específics de S. flexneri i S. sonnei circulants entre HSH amb una estreta relació genètica, que alhora eren pròxims als descrits en brots entre HSH del Regne Unit i Austràlia. Posteriorment, durant 2020-2021, observem un augment significatiu de Shigella resistent a cefalosporines de tercera generació, associat a la producció de β-lactamases d’espectre estès (BLEE). Aquest augment va estar principalment vinculat a S. sonnei (68%) i en menor mesura a S. flexneri (14%) procedents de HSH, que expressaven blaCTX-M-27 i que a més també presentaven resistència a la ciprofloxacina, l’azitromicina o el cotrimoxazole. L’anàlisi genòmica va mostrar que els aïllats de S. sonnei productors de BLEE formaven part d’un clúster monofilètic, que incloïa aïllats obtinguts prèviament al Regne Unit i a Austràlia, suggerint una disseminació local i intercontinental. Així mateix descrivim per primera vegada la transmissió clonal de S. flexneri 2a productora de BLEE i resistent a les fluoroquinolones entre HSH. La transmissió d’enterobacteris multirresistents no patògens per via sexual està escassament estudiada. Amb la finalitat de confirmar aquest fet, estudiem la colonització per part d’aquests microorganismes en HSH que acudien a realitzar-se un cribratge de ITS en el centre de Malalties Transmissibles Vall d´Hebron-Drassanes (Barcelona). Aquest estudi va revelar que un 17,5% dels pacients HSH eren portadors de Escherichia coli productor de BLEE, prevalença superior a la documentada prèviament en la població general de Barcelona (4,7%). L’anàlisi genòmica dels aïllats va revelar que les BLEE més detectades van ser SHV-12 (28,6%), CTX-M-15 (28,6%) i CTX-M-27 (19%). A més, es van detectar diversos mecanismes de resistència a diferents famílies d’antimicrobians com les fluoroquinolones, els macròlids, el cotrimoxazole i les tetraciclines; i diversos determinants de virulència associats a la capacitat de colonització, adherència, resistència al sèrum i producció de toxines. Pel que respecta a l’epidemiologia molecular, els ST més prevalents van ser el ST14 (28,6%) i el ST131 (19%). La distància genètica entre alguns d’aquests aïllats va ser molt estreta, suggerint una transmissió recent. Addicionalment, en la comparació genètica dels nostres aïllats i els obtinguts en un estudi similar dut a terme a París, es va observar que entre els aïllats del ST14, les distàncies eren també reduïdes en alguns casos, suggerint la possible circulació d’aquest llinatge entre tots dos països en HSH. Els resultats recollits en aquesta tesi demostren la transmissió de Shigella i E. coli per via sexual entre la comunitat HSH de Barcelona. És d’especial rellevància l’increment de la resistència detectat en Shigella spp. en aquest col·lectiu i la interconnexió amb clons de distribució global, fet que suposa un risc important per a la salut pública. Aquests resultats assenyalen la importància de la vigilància internacional col·laborativa de microorganismes multirresistents amb la finalitat d’identificar ràpidament la seva emergència, així com la necessitat d’implementar mesures que permetin el diagnòstic precoç i el rastreig de contactes per a reduir la seva disseminació.

Shigella flexneri, Shigella sonnei, Shigella dysenteriae y Shigella boydii son los agentes etiológicos de la shigelosis. Esta infección en los países de rentas altas se relaciona con viajes a regiones endémicas, aunque también se ha documentado su adquisición por vía sexual en hombres que mantienen relaciones sexuales con hombres (HSH). Entre 2015-2019 se identificó que el 55% y el 24,3% de los aislados de S. flexneri y S. sonnei¸ respectivamente, obtenidos en el Servicio de Microbiología del Hospital Vall d’Hebron, estuvieron asociados a HSH. Estos aislados mostraban una mayor resistencia a diversas familias de antimicrobianos, como son la azitromicina o el ciprofloxacino, respecto a los aislados obtenidos por otras vías, como son los viajes a zonas endémicas. Los análisis filogenómicos permitieron identificar linajes específicos de S. flexneri y S. sonnei circulantes entre HSH con una estrecha relación genética, que a su vez eran próximos a los descritos en brotes entre HSH del Reino Unido y Australia. Posteriormente, durante 2020-2021, observamos un aumento significativo de Shigella resistente a cefalosporinas de tercera generación, asociado a la producción de β-lactamasas de espectro extendido (BLEE). Este aumento estuvo principalmente vinculado a S. sonnei (68%) y en menor medida a S. flexneri (14%) procedentes de HSH, que expresaban blaCTX-M-27 y que además también presentaban resistencia al ciprofloxacino, la azitromicina o el cotrimoxazol. El análisis genómico mostró que los aislados de S. sonnei productores de BLEE formaban parte de un clúster monofilético, que incluía aislados obtenidos previamente en el Reino Unido y en Australia, sugiriendo una diseminación local e intercontinental. Así mismo describimos por primera vez la transmisión clonal de S. flexneri 2a productora de BLEE y resistente a las fluoroquinolonas entre HSH. La transmisión de enterobacterias multirresistentes no patógenas por vía sexual está escasamente estudiada. Con el fin de confirmar este hecho, estudiamos la colonización por parte de estos microrganismos en HSH que acudían a realizarse un cribado de ITS en el centro de Enfermedades Transmisibles Vall d´Hebron-Drassanes (Barcelona). Este estudio reveló que un 17,5% de los pacientes HSH eran portadores Escherichia coli productor de BLEE, prevalencia superior a la documentada previamente en la población general de Barcelona (4,7%). El análisis genómico de los aislados reveló que las BLEE más detectadas fueron SHV-12 (28,6%), CTX-M-15 (28,6%) y CTX-M-27 (19%). A su vez, se detectaron diversos mecanismos de resistencia a diferentes familias de antimicrobianos como las fluoroquinolonas, los macrólidos, el cotrimoxazol y las tetraciclinas; y diversos determinantes de virulencia asociados a la capacidad de colonización, adherencia, resistencia a suero y producción de toxinas. Por lo que respecta a la epidemiología molecular, los ST más prevalentes fueron el ST14 (28,6%) y el ST131 (19%). La distancia genética entre algunos de estos aislados fue muy estrecha, sugiriendo una transmisión reciente. Adicionalmente, en la comparación genética de nuestros aislados y los obtenidos en un estudio similar llevado a cabo en París, se observó que entre los aislados del ST14, las distancias eran también reducidas en algunos casos, sugiriendo la posible circulación de este linaje entre ambos países en HSH. Los resultados recogidos en esta tesis demuestran la transmisión de Shigella y E. coli por vía sexual entre la comunidad HSH de Barcelona. Es de especial relevancia el incremento de la resistencia detectado en Shigella spp. en este colectivo y la interconexión con clones de distribución global, hecho que supone un riesgo importante para la salud pública. Estos resultados señalan la importancia de la vigilancia internacional colaborativa de microorganismos multirresistentes con el fin de identificar rápidamente su emergencia, así como la necesidad de implementar medidas que permitan el diagnóstico precoz y el rastreo de contactos para reducir su diseminación.

Shigella flexneri, Shigella sonnei, Shigella dysenteriae and Shigella boydii are the etiologic agents of shigellosis. In high-income countries, this infection is associated with travel to endemic regions, although sexual acquisition in men who have sex with men (MSM) has also been documented. During 2015-2019, the 55% and 24.3% of S. flexneri and S. sonnei¸ respectively, obtained at the Microbiology Department of the Vall d’Hebron Hospital, were associated with MSM. These isolates showed higher resistance rates to various antimicrobials, such as azithromycin or ciprofloxacin, compared to the isolates obtained by other sources, such as travel to endemic areas. The phylogenomic study allowed us to identify specific lineages of S. flexneri and S. sonnei circulating among MSM with a close genetic relationship, which in turn were close to those described in outbreaks among MSM from the United Kingdom and Australia. Afterwards, during 2020-2021, a significant resistance increase to third-generation cephalosporins in Shigella was observed, which was associated with the production of extended-spectrum β-lactamases (ESBL). This increase was mainly found in S. sonnei (68%) and S. flexneri (14%) from MSM, encoding blaCTX-M-27 and showing resistance to ciprofloxacin, azithromycin and/or cotrimoxazole. Genomic analysis showed that the ESBL-producing S. sonnei isolates were part of a monophyletic cluster, which included isolates previously obtained in the United Kingdom and Australia, suggesting a local and an intercontinental spread. We also describe for the first time the clonal transmission of ESBL-producing S. flexneri 2a resistant to fluoroquinolones among MSM. The transmission of nonpathogenic multidrug resistant enterobacteria through sexual contact has been scarcely studied. To confirm this, we studied the colonization by these microorganisms in MSM who attended the Vall d’Hebron-Drassanes Communicable Diseases Center (Barcelona) for a STI screening. This study revealed that 17.5% of MSM were carriers of an ESBL-producing Escherichia coli, a higher prevalence than the previously documented in the general population of Barcelona (4.7%). The genomic analysis of the isolates revealed that the most detected ESBLs were SHV-12 (28.6%), CTX-M-15 (28.6%) and CTX-M-27 (19%). Additionally, other resistance mechanisms to different antimicrobials families, such as fluoroquinolones, macrolides, cotrimoxazole and tetracyclines, were detected. Also, virulence determinants were identified associated with colonization capacity, adherence, serum resistance and toxin production. Regarding molecular epidemiology, the most prevalent STs were ST14 (28.6%) and ST131 (19%). The genetic distance between some of these isolates was very close, suggesting a recent transmission. Additionally, in the genetic comparison of our isolates and those obtained in a similar study carried out in Paris, it was observed a low genetic distance between several isolates belonging to ST14, suggesting the circulation of this lineage between both countries in MSM. The results included in this thesis demonstrate the sexual transmission of Shigella and E. coli among the MSM community of Barcelona. Of special relevance is the increase in resistance detected in Shigella spp. in this group and the interconnection with clones of global distribution. These results reinforce the importance of collaborative international surveillance of multidrug resistant microorganisms for rapid identification of its emergence as well as the need to implement measures that allow early diagnosis and contact tracing of cases among MSM to reduce its dissemination.