Efecto de la hospitalización en la adquisición de genes de resistencia a antibióticos en la microbiota intestinal

Abstract

La resistencia a antibióticos es una de las amenazas contra la salud pública más grandes a nivel mundial. Diversas organizaciones, tanto públicas como privadas, han desarrollado planes para evitar que esta silenciosa pandemia se siga extendiendo y desde hace décadas se busca la creación de nuevas drogas y/o tratamientos. La comunidad microbiana que habita el tracto intestinal de seres humanos, conocida como microbiota intestinal, es clave para la regulación de la homeostasis de las personas. Está compuesta normalmente por microorganismos que tienen una relación de mutualismo con el hospedero, y donde ocurre transferencia de genes de resistencia a antibióticos a cepas no patogénicas. Sin embargo, se ha reportado que la hospitalización promueve esta transferencia de genes a cepas patogénicas. El objetivo general del presente Magíster en Ciencias Biológicas es el estudio de la microbiota intestinal mediante técnicas de secuenciación masiva para establecer el efecto que la hospitalización ejerce sobre la resistencia a los antibióticos. Primero fue necesario desarrollar un protocolo de procesamiento del ADN a partir de los hisopados rectales para extraer la mayor cantidad de microorganismos previa a la extracción del material genético. Luego se analizó el impacto de la hospitalización sobre la diversidad y la abundancia de genes codificantes para la resistencia a los antibióticos de la microbiota rectal y de la microbiota. Por último, se evaluó si la diversidad y la abundancia de genes de resistencia a antibióticos se correlaciona con la composición de la microbiota fecal. Se logró obtener el suficiente material genético de los hisopados para secuenciar el 95% de las muestras originalmente seleccionadas. Luego de evaluar la abundancia y diversidad de la microbiota intestinal de los pacientes según el tiempo de hospitalización, se observó una disminución en la abundancia relativa de 8 familias bacterianas de la microbiota intestinal que tienen una relación positiva con el hospedero, ya sea por mutualismo o comensalismo, Al analizar la abundancia y diversidad de los genes resistentes a antibióticos según el tiempo de estadía en el hospital, se encontró una disminución en la abundancia relativa de genes que otorgan resistencia a rifamicina, genes que se encontraron están asociados a la familia Actinomycetaceae, la cual también se reportó que disminuyó en pacientes con mayor tiempo de estadía. Finalmente se encontraron 13 correlaciones significativas (p <0,01) entre cambios de abundancia de la microbiota intestinal de 4 familias bacterianas y genes de resistencia antimicrobiana que codifican para 6 fármacos diferentes. En conclusión, este trabajo logró encontrar asociaciones entre los cambios en la composición de la microbiota intestinal y el resistoma de pacientes según el tiempo de hospitalización de los pacientes, reforzando la idea que bacterias mutualista juegan un rol importante en el proceso de adquisición de genes que codifican para resistencia a antibióticos en ambientes hospitalarios.

Antibiotic resistance is one of the biggest threats to public health worldwide. Various organizations, both public and private, have developed plans to prevent this silent pandemic from spreading further, and for decades the creation of new drugs and/or treatments has been sought. The microbial community that inhabits the intestinal tract of human beings, known as intestinal microbiota, is key to regulating human homeostasis. It is normally composed of microorganisms that live in mutualism with the host, and where the transfer of antibiotic resistance genes to non-pathogenic strains occurs. However, it has been reported that hospitalization promotes this transfer of genes to pathogenic strains. The general objective of this Master's in Biological Sciences is the study of the intestinal microbiota using massive sequencing techniques to establish the effect that hospitalization has on antibiotic resistance. First, it was necessary to develop a DNA protocol to process rectal swabs to extract the largest amount of microorganisms prior to extracting the genetic material. Then the impact of hospitalization on the diversity and abundance of genes encoding antibiotic resistance in the rectal microbiota and the microbiota was analyzed. Finally, it was evaluated whether the diversity and abundance of antibiotic resistance genes correlate with the composition of the fecal microbiota. Sufficient genetic material was obtained from the swabs to sequence 95% of the originally selected samples. After evaluating the abundance and diversity of the intestinal. microbiota of the patients according to the length of hospitalization, a decrease in the relative abundance of 8 bacterial families that are commensals of the intestinal microbiota was obtained. When analyzing the abundance and diversity of antibiotic resistance genes according to the length of hospital stay, a decrease in the relative abundance of genes that grant resistance to rifamycin was found, genes that were found to be associated with the Actinomycetaceae family, which were also reported to decrease in patients with longer length of stay. Finally, 13 significant correlations (p <0.01) were found between changes in the abundance of the intestinal microbiota of 4 bacterial families and antimicrobial resistance genes encoding for 6 different drugs. In conclusion, this work managed to find associations between changes in the composition of the intestinal microbiota and the resistome of patients according to the length of hospitalization of the patients, reinforcing the idea that mutualist bacteria play an important role in the process of acquiring genes encoding for antibiotic resistance in hospital environments.