Date of Award

6-2024

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Medical Sciences (Microbiology and Immunology)

Department

Medical Microbiology and Immunology

First Advisor

Mushtaq Khan

Second Advisor

Mushal Allam

Abstract

In the current landscape, where antibiotic resistance in bacteria is steadily rising, the role of bacterial genomics has assumed increasing significance. Therefore, it is necessary for microbiologists to acquire proficiency in the utilization of these methods and tools to harness their potential in gaining valuable insights into bacterial genomes. This can facilitate the development of innovative strategies for managing and treating bacterial infections. Here we present the power of the whole-genome sequencing technology in characterization of multidrug resistant Escherichia coli isolates. Fourteen Escherichia coli isolates were selected for this study. Following the standard microbiological techniques to confirm the sample identification, the genomic DNA from each isolate was extracted and sequenced using Illumina NovaSeq machine. The sequencing of the 14 isolates yielded an average of 100,079,168 high-quality reads which assembled to an average of 188 contiguous sequences longer than 200 bp. The draft genomes were then OH serotyped and MLST sequence typed. The common serotype and sequence type was O102:H6 (4/16, 42.8%) and ST648 (4/14, 28.6%), respectively. Antimicrobial resistant analysis characterized blaNDM gene in all isolates (13 carried blaNDM-5 and 1 carried blaNDM-1) which comfort resistance to carbapenem antibiotics. Of these, 8 isolates also carrying blaCTX-M-15 and 7 carrying blaCMY-42 making them multidrug-resistant E. coli producing extended-spectrum β-lactamase (ESBL) enzymes and carbapenemases. Furthermore, the isolates contained a range of resistance genes related to aminoglycosides, tetracyclines, sulphonamides and macrolides. Noteworthy, all isolates retain their susceptibility to colistin and tigecycline. Whole-genome sequencing serves as a sophisticated and cutting-edge approach for precisely predicting antibiotic resistance patterns in complex and highly resistant E. coli isolates, particularly those exhibiting carbapenem resistance and ESBL production. It empowers researchers and clinicians with invaluable insights into the genetic basis of resistance, ultimately aiding in the development of more tailored and efficacious therapeutic interventions.

Arabic Abstract


دراسات التناسخية والوبائية لسلالة الإشريكية القولونية التي تم جمعها من إمارة أبوظبي باستخدام أدوات التسلسل الجيني والبَيُوْمعلوماتية

الهدف: في المشهد الحالي، حيث تتزايد مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا بشكل مطرد، اكتسب دور علم الجينوم البكتيري أهمية متزايدة. لذلك، من الضروري أن يكتسب علماء الأحياء الدقيقة الكفاءة في استخدام هذه الأساليب والأدوات لتسخير إمكاناتها في اكتساب رؤى قيمة في الجينومات البكتيرية. يمكن أن يسهل هذا تطوير استراتيجيات مبتكرة لإدارة وعلاج الالتهابات البكتيرية. هنا نقدم قوة تقنية تسلسل الجينوم الكامل في توصيف عزلات الإشريكية القولونية المقاومة للأدوية المتعددة . تم اختيار أربعة عشر عزلة من الإشريكية القولونية لهذه الدراسة. باتباع التقنيات الميكروبيولوجية القياسية لتأكيد تحديد العينة، تم استخراج الحمض النووي الجينومي من كل عزلة وتسلسله باستخدام آلة Illumina NovaSeq أسفر تسلسل الـ14عينة عن متوسط 100,079,168 قراءة عالية الجودة والتي تم تجميعها في متوسط 188 تسلسل متجاور أطول من 200 زوج أساسي. ثم تم تصنيف الجينومات حسب النمط المصلي OH ونمط التسلسل MLST. كان النمط المصلي المشترك ونوع التسلسل هما O102:H6 (4/16, 42.8%) و ST648 (4/14, 28.6%) على التوالي. وصف تحليل مقاومة مضادات الميكروبات جين blaNDM في جميع العينات: 13 عينة تحمل blaNDM-5 وعينة واحدة تحمل blaNDM-1 مما يعزز من المقاومة للمضادات الحيوية وخاصة الكاربابينيم. من بين هذه العينات، تحمل 8 عينات أيضًا blaCTX-M-15 و7 عينات تحمل blaCMY-42 مما يجعلها مقاومة للأدوية المتعددة وتنتج إنزيمات بيتا لاكتاماز(ESBL) ذات الطيف الموسع وكاربابينيماز. علاوة على ذلك، احتوت العزلات على مجموعة من جينات المقاومة المرتبطة بالأمينوغليكوزيدات والتتراسيكلينات والسلفوناميدات والماكروليدات. والجدير بالذكر أن جميع العزلات تحتفظ بحساسيتها للكوليستين والتيجيسيكلين . الخلاصة: يعمل تسلسل الجينوم الكامل كنهج متطور للتنبؤ بدقة بأنماط مقاومة المضادات الحيوية في عزلات الإشريكية القولونية المعقدة والمقاومة للغاية، وخاصة تلك التي تظهر مقاومة الكاربابينيم وإنتاج ESBL. يمكّن للباحثين والأطباء من الحصول على رؤى لا تقدر بثمن حول الأساس الجيني للمقاومة، مما يساعد في نهاية المطاف في تطوير تدخلات علاجية أكثر ملاءمة وفعالية .

Download
COinS