PhD Thesis defense by José Francisco Delgado Blas at the Faculty of Veterinary Medicine of the Complutense University of Madrid

January 27^th, 2021

El descubrimiento y desarrollo de los antibióticos revolucionó la medicina moderna, permitiendo el tratamiento de infecciones bacterianas consideradas incurables. La resistencia a los antibióticos es un fenómeno natural, mediante el cual las bacterias son capaces de adaptarse y sobrevivir a la actividad de estos compuestos. Por ello, el uso masivo e indiscriminado de los antibióticos aceleró la emergencia de bacterias multirresistentes, constituyendo actualmente uno de los mayores problemas sanitarios a nivel mundial. Los antibióticos que todavía conservan una elevada efectividad frente a un amplio rango de bacterias multirresistentes son denominados antibióticos de último recurso. El estudio genómico de los mecanismos de resistencia frente a estos antibióticos es esencial para preservar su efectividad. Las poblaciones bacterianas que habitan distintos nichos ecológicos y sus mecanismos de resistencia se encuentran interconectados. Por ello, la resistencia a los antibióticos debe abordarse desde una visión “One Health” que permita entender la epidemiología y evolución de este fenómeno en un contexto ecológico integral. Por todo ello, el objetivo de la presente Tesis Doctoral fue el estudio de genes responsables de mecanismos de resistencia a antibióticos de último recurso en bacterias de distinto origen de diferentes regiones del mundo, así como de su asociación con plataformas genéticas involucradas en su movilización y diseminación. Asimismo, se pretendía establecer las relaciones epidemiológicas de estas bacterias, sus rutas de diseminación y sus mecanismos de adaptación y diversificación.
En esta Tesis Doctoral, hemos identificado por primera vez en Venezuela el gen codificante del mecanismo de resistencia a colistina movilizable, mcr-1, asociado a E. coli multirresistentes de origen humano y animal de la región de Cumaná. Un E. coli de origen humano también portaba el gen de carbapenemasa blaNDM-1, siendo esta la primera descripción de esta combinación de mecanismos de resistencia en una misma bacteria a nivel mundial. Las metiltransferasas del ARNr 16S confieren panresistencia frente a todos los aminoglucósidos de importancia clínica, incluyendo la plazomicina, un antibiótico de último recurso. En esta Tesis Doctoral, hemos determinado que dos poblaciones de E. coli procedentes de aguas residuales y de aguas naturales de ríos de la región de Barcelona (España), portaban genes de metiltransferasas diferentes: rmtB en bacterias residuales y armA en bacterias naturales. La diversidad genómica de las bacterias residuales fue consecuencia de un plasmidoma diverso y variable, preservando el cromosoma de grupos clonales específicos y favoreciendo la diseminación de genes de resistencia. Por el contrario, las bacterias naturales alcanzaron una diversidad genómica similar mediante una mayor variabilidad en sus estructuras cromosómicas, favoreciendo la diversificación de distintos grupos clonales y la reducción del plasmidoma y su resistoma asociado. En el estudio realizado en la región de Tamale (Ghana), determinamos que distintos genes de resistencia seguían un modelo de diseminación en “muñeca rusa” en las aguas residuales de la región, tanto comunitarias como hospitalarias, típico de brotes bacterianos y plasmídicos hospitalarios. Así, nuevas variantes genéticas de carbapenemasas, como blaVIM-71, se diseminaban a causa de la expansión clonal de bacterias ambientales del género Pseudomonas; mientras que genes de carbapenemasas y metiltransferasas de diseminación mundial, como blaNDM-1 y armA, fueron identificados en distintas especies de la familia Enterobacteriaceae, asociados a la diseminación de diversos plásmidos. Este conocimiento permite el desarrollo de sistemas de vigilancia epidemiológica e higiénico-sanitarios a nivel regional que impidan la diseminación de mecanismos de alto riesgo de resistencia a los antibióticos y sus bacterias portadoras, con el fin de preservar la salud humana, animal y ambiental a nivel global