Análise genômica de bactérias clínicas resistentes aos antimicrobianos como ferramenta complementar ao diagnóstico convencional

Abstract

A resistência aos antimicrobianos (AMR) é uma ameaça global à saúde única. Infecções decorrentes de bactérias resistentes estão associadas ao aumento do tempo de hospitalização e a taxas mais altas de morbidade e mortalidade. Tratamentos bem-sucedidos dessas infecções dependem da identificação rápida dos isolados e de seus respectivos perfis de resistência. A identificação de aspectos relacionados à virulência dessas bactérias também pode auxiliar no entendimento da dinâmica de interação patógeno-hospedeiro, com vistas a criar intervenções em benefício da saúde de pacientes. Genes AMR e de fatores de virulência (VF) estão comumente associados a elementos genéticos móveis (MGE), tornando importante a identificação destes para a investigação do potencial de disseminação, via mecanismos de transferência horizontal de genes. O sequenciamento completo do genoma (WGS) tem sido recomendado como uma ferramenta de diagnóstico ?one-stop? devido à sua capacidade de fornecer dados diagnósticos e epidemiológicos múltiplos e simultâneos sobre o microrganismo. Em 2021, nosso grupo de pesquisa desenvolveu e validou um protocolo WGS rápido (<33h) baseado em nanoporos (protocolo As análises realizadas no programa CARD-RGI apresentaram diferença significativa entre os protocolos para MRSA (p < 0,0001). Não foi observada diferença entre os protocolos para detecção de genes VF em ambas as espécies. A detecção de MGE diferiu entre os protocolos para MRSA e ESBL-Kp (valores p = 0,0496 e 0,0019, respectivamente). A concordância entre os resultados do teste de sensibilidade aos antimicrobianos (AST) baseado em análises de dados WGS (WGS-AST) (ONT20h) e o AST fenotípico foi alta para MRSA (1) e ESBL-Kp (0,81). A acurácia do WGS-AST foi de 100% e 93,06% e a especificidade de 100% e 75% para MRSA e ESBL-Kp, respectivamente, com sensibilidade de 100% para ambos. O protocolo ONT20h apresentou resultados tão bons e até melhores que os demais protocolos testados, fortalecendo seu potencial de aplicação na rotina clínica. De maneira geral, a análise de dados WGS sugere uma alternativa promissora no esforço para fornecer diagnóstico complementar e dados epidemiológicos rápidos e precisos. Porém, mais estudos são necessários para sua implementação, considerando que as análises dependem do custo dos insumos, da disponibilidade de ferramentas de bioinformática e da qualidade e curadoria de bancos dados de referência.

Abstract: Antimicrobial resistance (AMR) represents a major threat to one health worldwide. Infections caused by resistant bacteria are associated with increased hospitalization time and higher rates of morbidity and mortality. Successful treatments for AMR-associated bacterial infections depend on the rapid identification of isolates and their respective resistance profiles. Identifying aspects related to the virulence of these bacteria can also assist in understanding the dynamics of pathogen-host interaction, aiming to create interventions for patient health benefits. Genes related to AMR and virulence factors (VF) are commonly associated with mobile genetic elements (MGE), making its identification important for investigating the potential for dissemination via horizontal gene transfer mechanisms. Whole genome sequencing (WGS) has been recommended as a \"one-stop\" diagnostic tool due to its ability to provide multiple and simultaneous diagnostic and epidemiological data about the microorganism. In 2021, our research group developed and validated a rapid (<33h) WGS protocol based Analyses performed in the CARD-RGI program showed significant difference among the protocols for MRSA (p < 0.0001). No difference was observed among the protocols to detect VF genes for both species. MGE detection showed significant differences among the protocols for both MRSA and ESBL-Kp (p values = 0.0496 and 0.0019, respectively). Cohen's Kappa coefficient demonstrated good agreement between the results of antimicrobial susceptibility testing (AST) based on WGS data analyses (WGS-AST) (ONT20h) and phenotypic AST for MRSA (1) and ESBL-Kp (0.81). The accuracy of WGS-AST (ONT20h) was 100% and 93.06% for MRSA and ESBL-Kp, respectively. Specificity was 100% and 75% for MRSA and ESBL-Kp, respectively, and sensitivity was 100% for both species. The ONT20h protocol showed results as good as or even better than the other slower protocols tested, strengthening its potential for application in clinical practice. Overall, WGS data analysis suggests a promising alternative in the effort to provide rapid and accurate complementary diagnostic and epidemiological data. However, further studies are needed for its implementation, considering that analyses depend on the cost of inputs, the availability of bioinformatics tools, and the quality and curation of reference databases.