Date of Award

6-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Medical Sciences (Microbiology and Immunology)

Department

Medical Microbiology and Immunology

First Advisor

Mushtaq Khan

Abstract

Antibiotic resistance is a major concern for public health worldwide due to its associated morbidity and mortality, which is primarily attributed to the inappropriate use of antibiotics. This, in turn, leads to the evolution of bacteria which can develop genetic mechanisms to combat antibiotics. Despite the discovery of various antibiotics with different mechanisms of action, many have become ineffective due to the development of resistance over time. Carbapenems, in particular, are considered the last line of defense against some bacterial infections, making their resistance a major concern. Among the various carbapenem-resistant bacteria, Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae (CRKP) is of utmost concern due to its diverse resistome and mobilome. With the limited development of new antibiotics, it is crucial to understand the genetic relatedness of CRKP to facilitate antibiotic stewardship and enable the timely monitoring of any potential outbreaks.
Several studies have been performed for the prevalence and characterization of carbapenem resistance in Klebsiella pneumoniae in the UAE, but they rarely used advanced molecular typing methods to uncover the clonality of the strains. Therefore, this study aimed to employ Whole Genome Sequencing (WGS) to study the genetic relatedness of CRKP isolates collected from Abu Dhabi hospitals.
The study involved the collection of 162 Klebsiella pneumoniae strains from four hospitals in Abu Dhabi Emirate (2017-2018). The isolates were subjected to whole genome sequencing using the Illumina NovaSeq platform, and online bioinformatics tools were employed for the subsequent analysis.
Our study revealed an alarming rate of Extremely Drug-Resistant (XDR) CRKP isolates and a high incidence of colistin resistance among these XDRs. The most commonly found carbapenemase gene was blaOXA-48-LIKE with the most frequent Sequence Type (ST) being ST231, followed by ST2096, ST14, and ST147. ST231 clone was significantly associated with blaOXA-232 production. The prevalence of ST231, ST2096, and ST14 was mainly restricted to one hospital, while ST147 was detected in all participated hospitals. The study also found a low prevalence of blaKPC-producing CRKP strains but identified ST11 clone carriers of the gene. Our findings suggest a localized spread of a high-risk Klebsiella pneumoniae clone in Abu Dhabi Emirate, highlighting the urgent need for surveillance and epidemiological investigations to monitor the antibiotic resistance situation across the United Arab Emirates.

Arabic Abstract


سيطرة جين الـ blaOXA-48-LIKE بين الكلبسية الرئوية المقاومة للكاربابينيم المعزولة من مستشفيات أبو ظبي

تعتبر مقاومة المضادات الحيوية مصدر قلق كبير للصحة العامة في جميع أنحاء العالم بسبب الوفيات المرتبطة بها، والتي تُعزى في المقام الأول إلى الاستخدام غير المناسب للمضادات الحيوية. وهذا بدوره يؤدي إلى تطور البكتيريا التي تجعلها قادرة على تطوير آليات وراثية لمكافحة المضادات الحيوية. على الرغم من اكتشاف العديد من المضادات الحيوية والتي تعمل بآليات مختلفة، فقد أصبح العديد منها غير فعال بسبب تطور المقاومة بمرور الوقت. تعتبر الكاربابينيمات، على وجه الخصوص، خط الدفاع الأخير ضد الالتهابات البكتيرية، مما يجعل مقاومتها مصدر قلق كبير. من بين البكتيريا المختلفة المقاومة للكاربابينيم، تعتبر Klebsiella pneumoniae (CRKP) المقاومة للكاربابينيم مصدر قلق بالغ نظرًا لتنوع مقاومتها لمختلف المضادات الحيوية. مع التطوير المحدود للمضادات الحيوية الجديدة، من الضروري فهم الارتباط الجيني لـ CRKPلتسهيل الإشراف على المضادات الحيوية وتمكين المراقبة في الوقت المناسب لأي تفشي محتمل.
تم إجراء العديد من الدراسات حول انتشار وتوصيف مقاومة الكاربابينيم في الكلبسيلة الرئوية في الإمارات العربية المتحدة، ولكن نادرًا ما تم استخدا م طرق التصنيف الجزيئي المتقدمة للكشف عن استنساخ السلالات. لذلك، هدفت هذه الدراسة إلى استخدام تسلسل الجي نوم الكامل (WGS) لدراسة الارتباط الجيني لعزلات CRKP التي تم جمعها من مستشفيات أبو ظبي.
تضمنت الدراسة جمع 162 سلالة Klebsiella pneumoniae من أربعة مستشفيات في إمارة أبو ظبي. خضعت العزلات لتسلسل الجينوم الكامل باستخدام منصة Illumina NovaSeq، واستخدمت أدوات ا لمعلوماتية الحيوية عبر الإنترنت للتحليل الجيني.
كشفت دراستنا عن معدل ينذر بالخطر لعزلات ال CRKP شديدة المقاومة للأدوية ونسبة عالية من مقاومة الكوليستين بين الـ XDRs. كان جين الـ carbapenemaseالأكثر شيوعًا هو blaOXA-48-LIKE، مع ST231 الأكثر شيوعًا، يليه ST2096 و ST14 و ST147. كان الـ ST231 مرتبطًا بشكل كبير بإنتاج blaOXA-48-LIKE. اقتصر انتشار ST231 و ST2096و ST14 بشكل أساسي على مستشفى واحد بينما تم اكتشاف ST147 في جميع المستشفيات المشاركة. وجدت الدراسة أيضًا انتشارًا منخفضًا لسلالات الـ CRKP المنتجة لـblaKPC ولكنها حددت ناقلات الـ ST11 للجين. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى انتشار موضعي لسلالات الـ Klebsiella pneumoniae عالي الخطورة في إمارة أبو ظبي، مما يسلط الضوء على الحاجة الملحة للمراقبة والتحقيقات الوبائية لرصد حالة مقاومة المضادات الحيوية في جميع أنحاء دولة الإمارات العربية المتحدة.

Download
COinS