Genetic profile of carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii strains

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of the research: the molecular genetic characteristic of A. baumannii carbapenem-resistant strains, including clonal affiliation, resistome and virulome pattern analysis, description of genetic environment resistance determinants, comparative genetic analysis, and assessment of phylogenetic relationships are presented in the work. The studied A. baumannii strains belonged to sequence types ST2Pas/ST2062.2063Oxf (n = 5) and ST78Pas/ST1757Oxf (n = 2). The nucleotide sequences of the studied A. baumannii ST2Pas/ST2062.2063Oxf strains were grouped into a single cluster according to phylogenetic analysis. And the sequences of the A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf strains were combined with the nucleotide sequence of the A. baumannii AbCTX5 strain, isolated in France in 2015. The presence of intrinsic (OXA-51-like) and acquired carbapenemases genes was shown in A. baumannii strains. In particular, blaOXA-23 are identified in members of ST2Pas/ST2062.2063Oxf, and in A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf strains — blaOXA-72 as part of the plasmid DNA. The A. baumannii ST78Pas strains possessed additional extended-spectrum beta-lactamase genes. Тhe CTX-M-115 cephalosporinase gene are present in both strains, and the A. baumannii strain NNAb_2023.3 has the blaCARB-16 gene. Most A. baumannii strains are characterized by the presence of acquired genes for enzymatic modification of macrolides (mph(E), msr(E)), chloramphenicols (catB8), aminoglycosides (aadA, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aph(3')-Ia, armA). A comparative analysis showed that in A. baumannii ST2Pas/ST2062.2063Oxf strains the resistance determinants to macrolides and aminoglycosides are located in the Tn6279-like transposon, and the aminoglycosidases genes aph(3'')-Ib, aph(6)-Id are associated with the IS91-like mobile element. In A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf strains, resistance genes to aminoglycosides, macrolides, sulfonamides, and beta-lactamase genes are grouped in a region from 60 to 80 Kb long between the glmS and hutC genes. The presence of mutations in the gyrA and parC genes associated with resistance to fluoroquinolones were characterized in all A. baumannii strains. Thus, new knowledge about the genetic profile of carbapenem-resistant A. baumannii strains representing epidemically significant international clonal lineage has been obtained.

About the authors

Anna E. Alekseeva

I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: a.e.alexeeva79@mail.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Metagenomics and Molecular Indication of Pathogens

Russian Federation, Nizhny Novgorod

N. F. Brusnigina

I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod

Email: a.e.alexeeva79@mail.ru

PhD (Medicine), Associate Professor, Head of the Laboratory of Metagenomics and Molecular Indication of Pathogens

Russian Federation, Nizhny Novgorod

M. A. Makhova

I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod

Email: a.e.alexeeva79@mail.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Metagenomics and Molecular Indication of Pathogens

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Кузьменков А.Ю., Виноградова А.Г., Трушин И.В., Эйдельштейн М.В., Авраменко А.А., Дехнич А.В., Козлов Р.С. AMRmap – система мониторинга антибиотикорезистентности в России // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2021. Т. 23, № 2. С. 198–204. [Kuzmenkov A.Yu., Vinogradova A.G., Trushin I.V., Edelstein M.V., Avramenko A.A., Dekhnich A.V., Kozlov R.S. AMRmap – antibiotic resistance surveillance system in Russia. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2021, vol. 23, no. 2, pp. 198–204. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2021.2.198-204
  2. Садеева З.З., Новикова И.Е., Алябьева Н.М., Лазарева А.В., Комягина Т.М., Карасева О.В., Вершинина М.Г., Фисенко А.П. Acinetobacter baumannii при инфекциях кровотока и центральной нервной системы у детей в отделениях реанимации и интенсивной терапии: молекулярно- генетическая характеристика и клиническая значимость // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 2. C. 289–301. [Sadeeva Z.Z., Novikova I.E., Alyabyeva N.M., Lazareva A.V., Komyagina T.M., Karaseva O.V., Vershinina M.G., Fisenko A.P. Acinetobacter baumannii in blood-borne and central nervous system infections in intensive care unit children: molecular and genetic characteristics and clinical significance. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 2, pp. 289–301. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-ABI-2091
  3. Шек Е.А., Сухорукова М.В., Эйдельштейн М.В., Склеенова Е.Ю., Иванчик Н.В., Шайдуллина Э.Р., Кузьменков А.Ю., Дехнич А.В., Козлов Р.С., Семенова Н.В., Слепакова С.А., Шепотайлова Н.В., Стребкова В.В., Рыбина Н.А., Яранцева Н.З., Перевалова Е.Ю., Розанова С.М., Наговицина С.Г., Молдовану М.Г., Насыбуллова З.З. Антибиотикорезистентность, продукция карбапенемаз и генотипы нозокомиальных штаммов Acinetobacter spp. в стационарах России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования «МАРАФОН 2015–2016» // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019. Т. 21, № 2. С. 171–180. [Shek E.A., Sukhorukova M.V., Edelstein M.V., Skleenova E.Yu., Ivanchik N.V., Shajdullina E.R., Mikotina A.V., Kuzmenkov A.Yu., Dekhnich A.V., Kozlov R.S., Semyonova N.V., Slepakova S.A., Shepotajlova N.V., Strebkova V.V., Rybina N.A., Yaranceva N.Z., Perevalova E.Yu., Rozanova S.M., Nagovicina S.G., Moldovanu M.G., Nasybullova Z.Z. Antimicrobial resistance, carbapenemase production, and genotypes of nosocomial Acinetobacter spp. isolates in Russia: results of multicenter epidemiological study “MARATHON 2015–2016”. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2019, vol. 21, no. 2, pp. 171–180. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2019.2.171-180
  4. Bartual S.G., Seifert H., Hippler C., Luzon M.A., Wisplinghoff H., Rodríguez-Valera F. Development of a multilocus sequence typing scheme for characterization of clinical isolates of Acinetobacter baumannii. J. Clin. Microbiol., 2005, vol. 43, no. 9, pp. 4382–4390. doi: 10.1128/JCM.43.9.4382-4390.2005
  5. Bertini A., Poirel L., Mugnier P.D., Villa L., Nordmann P., Carattoli A. Characterization and PCR-based replicon typing of resistance plasmids in Acinetobacter baumannii. Antimicrob. Agents Chemother. 2010, vol. 54, no. 10, pp. 4168–4177. doi: 10.1128/AAC.00542-10
  6. Boucher H.W., Talbot G.H., Bradley J.S., Edwards J.E., Gilbert D., Rice L.B., Scheld M., Spellberg B., Bartlett J. Bad bugs, no drugs: no ESKAPE! An update from the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis., 2009, vol. 48, no. 8, pp. 1–12. doi: 10.1086/595011
  7. Chakravarty B. Genetic mechanisms of antibiotic resistance and virulence in Acinetobacter baumannii: background, challenges and future prospects. Mol. Biol. Rep. 2020, vol. 47, no. 5, pp. 4037–4046. doi: 10.1007/s11033-020-05389-4
  8. Dehbanipour R., Ghalavand Z. Acinetobacter baumannii: Pathogenesis, virulence factors, novel therapeutic options and mechanisms of resistance to antimicrobial agents with emphasis on tigecycline. J. Clin. Pharm. Ther., 2022, vol. 47, no. 11, pp. 1875–1884. doi: 10.1111/jcpt.13787
  9. Diancourt L., Passet V., Nemec A., Dijkshoorn L., Brisse S. The population structure of Acinetobacter baumannii: expanding multiresistant clones from an ancestral susceptible genetic pool. PLoS One, 2010, vol. 5, iss. 4: e10034. doi: 10.1371/journal.pone.0010034
  10. Firoozeh F., Ghorbani M., Zibaei M., Badmasti F., Farid M., Omidinia N., Bakhshi F. Characterization of class 1 integrons in metallo-β-lactamase-producing Acinetobacter baumannii isolates from hospital environment. BMC Res. Notes, 2023, vol. 16, no. 1: 365. doi: 10.1186/s13104-023-06646-y
  11. Fonseca É.L., Caldart R.V., Freitas F.S., Morgado S.M., Rocha L.T., Dos Santos R.C., Vicente A.C.P. Emergence of extensively drug-resistant international clone IC-6 Acinetobacter baumannii carrying blaOXA-72 and blaCTX-M-115 in the Brazilian Amazon region. J. Glob. Antimicrob. Resist., 2020, vol. 20, pp. 18–21. doi: 10.1016/j.jgar.2019.06.014
  12. Fursova N.K., Fursov M.V., Astashkin E.I., Fursova A.D., Novikova T.S., Kislichkina A.A., Sizova A.A., Fedyukina G.N., Savin I.A., Ershova O.N. Multidrug-resistant and extensively drug-resistant Acinetobacter baumannii causing nosocomial meningitis in the neurological intensive care unit. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 8: 2020. doi: 10.3390/microorganisms11082020
  13. Giannouli M., Cuccurullo S., Crivaro V., Di Popolo A., Bernardo M., Tomasone F., Amato G., Brisse S., Triassi M., Utili R., Zarrilli R. Molecular epidemiology of multidrug-resistant Acinetobacter baumannii in a tertiary care hospital in Naples, Italy, shows the emergence of a novel epidemic clone. J. Clin. Microbiol., 2010, vol. 48, no. 4, pp. 1223–1230. doi: 10.1128/JCM.02263-09
  14. Hamidian M., Ambrose S.J., Hall R.M. A large conjugative Acinetobacter baumannii plasmid carrying the sul2 sulphonamide and strAB streptomycin resistance genes. Plasmid, 2016, vol. 87–88, pp. 43–50. doi: 10.1016/j.plasmid.2016.09.001
  15. Karah N., Dwibedi C.K., Sjöström K., Edquist P., Johansson A., Wai S.N., Uhlin B.E. Novel aminoglycoside resistance transposons and transposon-derived circular forms detected in carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii clinical isolates. Antimicrob. Agents Chemother., 2016, vol. 60, no. 3, pp. 1801–1818. doi: 10.1128/AAC.02143-15
  16. Khongfak S., Thummeepak R., Leungtongkam U., Tasanapak K., Thanwisai A., Sitthisak S. Insights into mobile genetic elements and the role of conjugative plasmid in transferring aminoglycoside resistance in extensively drug-resistant Acinetobacter baumannii AB329. Peer J., 2022, vol. 10: e13718. doi: 10.7717/peerj.13718
  17. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets. Mol. Biol. Evol., 2016, vol. 33, no. 7, pp. 1870–1874. doi: 10.1093/molbev/msw054
  18. Mayanskiy N., Chebotar I., Alyabieva N., Kryzhanovskaya O., Savinova T., Turenok A., Bocharova Y., Lazareva A., Polikarpova S., Karaseva O. Emergence of the uncommon clone ST944/ST78 carrying bla(OXA-40-like) and bla(CTX-M-like) genes among carbapenem-nonsusceptible Acinetobacter baumannii in Moscow, Russia. Microb. Drug Resist., 2017, vol. 23, no. 7, pp. 864–870. doi: 10.1089/mdr.2016.030
  19. Morris F.C., Dexter C., Kostoulias X., Uddin M.I., Peleg A.Y. The mechanisms of disease caused by Acinetobacter baumannii. Front. Microbiol., 2019, no. 10: 1601. doi: 10.3389/fmicb.2019.01601
  20. Nguyen M., Joshi S.G. Carbapenem resistance in Acinetobacter baumannii, and their importance in hospital-acquired infections: a scientific review. J. Appl. Microbiol., 2021, vol. 131, no. 6, pp. 2715–2738. doi: 10.1111/jam.15130
  21. Nikibakhsh M., Firoozeh F., Badmasti F., Kabir K., Zibaei M. Molecular study of metallo-β-lactamases and integrons in Acinetobacter baumannii isolates from burn patients. BMC Infect. Dis., 2021, vol. 21, no. 1: 782. doi: 10.1186/s12879-021-06513-w
  22. Pfeifer Y., Hunfeld K.P., Borgmann S., Maneg D., Blobner W., Werner G., Higgins P.G. Carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii ST78 with OXA-72 carbapenemase and ESBL gene blaCTX-M-115. J. Antimicrob. Chemother., 2016, vol. 71, no. 5, pp. 1426–1428. doi: 10.1093/jac/dkv462
  23. Shelenkov A., Akimkin V., Mikhaylova Y. International clones of high risk of Acinetobacter Baumannii-definitions, history, properties and perspectives. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 8: 2115. doi: 10.3390/microorganisms11082115
  24. Shelenkov A., Petrova L., Zamyatin M., Mikhaylova Y., Akimkin V. Diversity of international high-risk clones of Acinetobacter baumannii revealed in a Russian Multidisciplinary Medical Center during 2017–2019. Antibiotics, 2021, vol. 10, no. 8: 1009. doi: 10.3390/antibiotics10081009
  25. Vuillemenot JB, Bour M, Beyrouthy R, Bonnet R, Laaberki MH, Charpentier X, Ruimy R, Plésiat P, Potron A. Genomic analysis of CTX-M-115 and OXA-23/-72 co-producing Acinetobacter baumannii, and their potential to spread resistance genes by natural transformation. J. Antimicrob. Chemother., 2022, vol. 77, no. 6, pp. 1542–1552. doi: 10.1093/jac/dkac099
  26. Wyres K.L., Cahill S.M., Holt K.E., Hall R.M., Kenyon J.J. Identification of Acinetobacter baumannii loci for capsular polysaccharide (KL) and lipooligosaccharide outer core (OCL) synthesis in genome assemblies using curated reference databases compatible with Kaptive. Microb. Genom., 2020, vol. 6, no. 3: e000339. doi: 10.1099/mgen.0.000339
  27. Yadav G., Singh R. In silico analysis reveals the co-existence of CRISPR-Cas type I-F1 and type I-F2 systems and its association with restricted phage invasion in Acinetobacter baumannii. Front. Microbiol., 2022, no. 13: 909886. doi: 10.3389/fmicb.2022.909886

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Neighbor joining phylogenetic tree based on analysis of A. baumannii genome nucleotide sequences belonging to ST2Pas/ST2062,2063Oxf (A) and ST78Pas/CC944Oxf (B)

Download (526KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Alignment of A. baumannii NNAb_2023.3 (A) and NNAb_2022.1 (B) strain nucleotide sequences relative to the sequence of A. baumannii strain AbCTX5 (CP060505.1) 83 257 bp length genome region (1796552–1879809), carrying antibiotic resistance determinants

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Alekseeva A.E., Brusnigina N.F., Makhova M.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».