Internship Reports and Monograph entitled “Natural Transformation in Acinetobacter spp.”

Abstract

A crescente resistência antimicrobiana entre agentes patogénicos bacterianos, responsáveis por infeções, especialmente, as adquiridas em ambiente hospitalar, tem vindo a constituir uma grande ameaça para a saúde pública a nível global. A transferência horizontal de genes desempenha um papel importante na disseminação de genes de resistência antimicrobiana, incluindo a transformação natural, que é frequentemente negligenciada em ambiente clínico. Ainda assim, um grande número de isolados clínicos parece ser competente para a transformação natural, tal como foi recentemente descrito para Acinetobacter spp. Este facto poderá explicar a elevada capacidade de Acinetobacter baumannii adquirir multirresistências. Os objetivos deste estudo foram analisar a capacidade de deteção da captura e integração de ADN livre num vasto grupo de isolados clínicos de Acinetobacter spp., o seu envolvimento na transferência e aquisição de determinantes genéticos de resistência e de alterações relacionadas com o perfil de resistências das células transformantes. Numa primeira fase, foi usado um protocolo de transformação através da mobilidade em meio semi-sólido para detetar competência em 15 isolados clínicos de Acinetobacter spp. obtidos ao longo de 14 anos de cinco hospitais portugueses diferentes. Isolados naturalmente competentes (9 de 15) foram detetados em todos os hospitais, o que sugere que a transformação natural é mais comum em ambiente hospitalar do que o expectável. De seguida, os ensaios de transformação natural foram realizados com dois isolados clínicos de A. baumannii: o multirresistente Ab51 como dador de ADN e o naturalmente competente A118 como recetor. As células de A118 foram transformadas pelo ADN de Ab51. A técnica de PCR foi utilizada para determinar a presença da sequência de inserção ISAba1 no dador, no recipiente e nas células transformantes, bem como o contexto genético da mesma, seguido da sequenciação dos amplicões. Todos os transformantes testados adquiriram ISAba1 adjacente ao gene ampC. Em dois transformantes, a aquisição da ISAba1 ocorreu por transposição e foi inserida entre os habituais genes folE e ampC. Os restantes transformantes adquiriram ISAba1 adjacente a um segundo gene ampC, sendo parte do Tn6168, provavelmente por recombinação homóloga. Globalmente, este estudo revela a elevada prevalência de isolados clínicos de Acinetobacter spp. naturalmente competentes, assim como a contribuição do desenvolvimento de competência para a disseminação da resistência aos antibióticos beta-lactâmicos, sendo que a aquisição de determinantes não-codificadores de resistência pode contribuir para alterações no perfil de suscetibilidade de estirpes de A. baumannii.

The ever-increasing antimicrobial resistance among the bacterial pathogens causing infections, especially those who are healthcare-acquired has posed as a major life-threat for the public health worldwide. Horizontal gene transfer events play a relevant role in the dissemination of antimicrobial resistance genes, including natural transformation, which is often neglected in the clinical environment. Nevertheless, a high number of clinical isolates seems to undergo natural transformation, as has been recently described for Acinetobacter spp. This ability may explain the Acinetobacter baumannii high propensity to acquire multidrug resistance. The aims of this study were to assess to what extent the ability to take up naked DNA can be detected in a broad set of clinical Acinetobacter spp. isolates, its involvement in the transfer and acquisition of resistance genetic determinants and related changes in the resistance profile of transformed cells. First, an established transformation protocol, during motility in semisolid media, was used to detect competence in 15 clinical isolates of Acinetobacter spp. collected over a 14-year time period from five different Portuguese Hospitals. Naturally competent isolates (9 out of 15) were detected from all the hospitals, suggesting that natural transformation is more common in hospital settings than expected. Then, natural transformation assays were performed with two clinical isolates of A. baumannii: the multidrug-resistant Ab51 as a DNA donor source and the naturally competent A118 as a recipient cell. A118 cells were transformed by Ab51 DNA. PCR was used to ascertain the presence of ISAba1 in donor, recipient and transformant cells, as well as the genetic context of the insertion sequence, followed by amplicons sequencing. All tested transformants acquired ISAba1 upstream the ampC gene. In two transformants, the ISAba1’s acquisition was by transposition and its insertion was between the usual folE and ampC genes. The remaining transformants acquired the ISAba1 adjacent to a second ampC gene, as part of Tn6168, likely by homologous recombination. Overall, this study reveals the high prevalence of naturally competent Acinetobacter spp. clinical isolates, as well as the contribution of competence development to the widespread beta-lactams resistance, where the acquisition of non-resistant determinants can lead to changes in the susceptibility profile of A. baumannii strains.