OXA-48-producing Enterobacterales and novel molecules to combat them
Enterobactéries productrices d'OXA-48 et nouvelles molécules pour les combattre
Résumé
The fight against bacteria is turning into one of the greatest challenges faced by our society, especially with the spread of multi-drug resistant bacteria that become increasingly difficult to treat. In some cases, resistance extends to the entire repertoire of available antibiotics. β-Lactams are among the most frequently prescribed antibiotics, but their clinical use is currently threatened by the worldwide spread of β-lactamases capable of hydrolyzing the carbapenems. The dissemination of carbapenemase-producing Enterobacterales (CPE) is a great matter of clinical concern given the major role of Enterobacterales (GNB) as causes of nosocomial infections (and, for E. coli, also of community-acquired), and of carbapenems in the treatment of these infections.Consequently, it is crucial to continuously monitor and assess the spread of carbapenem resistance, especially in low- and middle-income countries (LMICs) that face established challenges in antimicrobial stewardship and public health systems. Available observations suggest that antimicrobial resistance (AMR) has been precipitously increasing in Lebanon, a country with a plethora of issues resulting from an unprecedented economic collapse. Through several epidemiological studies conducted in hospital and community settings we were able to highlight the emergence and broad dissemination of blaNDM-5 and blaOXA-244 genes in Lebanese clinical settings.As in most countries of the Mediterranean rim OXA-48-like carbapenemases are the most prevalent. The increasing isolation of OXA-244 variants is a scarry scenario, as these enzymes are difficult to detect using classical diagnostic tests, thus resulting in under detection and silent spread. Using steady state kinetic determinations and 3D modelling were able to show, that the hydrolytic properties of OXA-244, a R214G point mutant derivative of OXA-48, were impaired likely as the result of the interruption of a salt bridge between D159 and R214. The characterization of OXA-933, another OXA-48 variant, with an D159G confirmed our results. Finally, we also confirmed the key role of R214 in carbapenem and temocillin hydrolysis by studying the kinetic properties of OXA-484, an R214G derivative of OXA-181.The spread of blaNDM-5 gene in E. coli is even more threatful, as these bacteria are resistant to most antibiotics, including newly realized or promising and still in clinical evaluation ß-lactam/inhibitor combinations. Thus, newly antibiotics, with novel targets are urgently needed to address the increasing prevalence of NDM-producers. Cystobactamids and chelocardins, two novel antibiotics, have shown interesting results as they were able to inhibit the growth of Highly drug resistant Gram-positive and Gram-negative bacteria, including ESKAPE pathogens except K. pneumoniae. To identify the targets of these molecules, mutants were selected and sequenced, and RNA seq experiments performed. Cystobactamids induced many SNIPs but consistently in in vitro generated mutants, single nucleotide changes in qseBC, coding for a transcriptional regulator, ArnF and pmrB genes, involved in colistin resistance were observed. No cross resistance could be observed however with colistin resistant Bacteria. RNAseq experiments revealed that upon cystobactamids exposure upregulation of DNA repair response and SOS responses, while upon chelocardin exposure, most of the upregulated genes were linked to the bacterial cell wall. In addition, iron metabolism was also affected in both conditions suggesting a critical role of the iron homeostasis.Our findings highlight an urgent need for transformative approaches to combat antimicrobial resistance in both community and hospital settings in Lebanon, especially with emergence of highly drug resistant and difficult to detect isolates. Finally, we were able to demonstrate the potential of two novel antibiotic families with novel targets and no crossing resistance with other antibiotic families.
La lutte contre les bactéries est le plus grands défis de notre société, en particulier avec la propagation des bactéries multirésistantes. Dans certains cas, la résistance s'étend à tous les antibiotiques disponibles. Les β-lactames, comptent parmi les antibiotiques les plus fréquemment prescrits, mais leur utilisation clinique est actuellement menacée par les β-lactamases capables d'hydrolyser les carbapénèmes. La dissémination des entérobactéries productrices de carbapénémases est un sujet de préoccupation clinique majeur étant donné le rôle majeur des entérobactéries comme causes d'infections, et des carbapénèmes dans le traitement de ces infections. Par conséquent, il est essentiel de surveiller la résistance aux carbapénèmes, en particulier dans les pays à revenu faible qui sont confrontés à des défis importants en matière de gestion des antimicrobiens. Les observations disponibles suggèrent que la résistance aux antimicrobiens a augmenté au Liban. Grâce à plusieurs études épidémiologiques, nous avons pu mettre en évidence l'émergence et la large diffusion de la résistance aux antimicrobiens au Liban.Comme dans la plupart des pays du pourtour méditerranéen, les carbapénèmases de type OXA-48 sont les plus répandues. L'isolement croissant des variantes OXA-244 est inquiétant, ces enzymes sont difficiles à détecter à l'aide des tests de diagnostic classiques, ce qui entraîne leur propagation silencieuse. En utilisant des déterminations cinétiques et la modélisation 3D, nous avons pu montrer que les propriétés hydrolytiques d'OXA-244, un dérivé mutant ponctuel R214G d'OXA-48, étaient altérées, probablement en raison de l'interruption d'un pont salin entre D159 et R214. La caractérisation d'OXA-933, un autre variant d'OXA-48, avec un D159G a confirmé nos résultats. Enfin, nous avons également confirmé le rôle de R214 dans l'hydrolyse du carbapénème et de la témocilline en étudiant les propriétés cinétiques d'OXA-484, un dérivé R214G d'OXA-181.La propagation du gène blaNDM-5 chez E. coli est encore plus menaçante, car ces bactéries sont résistantes à la plupart des antibiotiques, y compris les combinaisons ß-lactamines/inhibiteurs récemment réalisées. Il est donc urgent de mettre au point de nouveaux antibiotiques, avec de nouvelles cibles, pour faire face à la prévalence croissante des producteurs de NDM. Les cystobactamides et les chélocardins, deux nouveaux antibiotiques, ont donné des résultats intéressants, car ils ont pu inhiber la croissance de bactéries Gram-positives et Gram-négatives hautement résistantes aux médicaments, y compris les pathogènes ESKAPE, à l'exception de K. pneumoniae.Pour identifier les cibles de ces molécules, des mutants ont été sélectionnés, et des expériences de séquençage de l'ARN ont été réalisées. Les cystobactamides ont induit de nombreux SNIP, mais dans les mutants générés in vitro, des changements de nucléotides simples ont été observés dans les gènes qseBC, codant pour un régulateur transcriptionnel, ArnF et pmrB, impliqués dans la résistance à la colistine. Aucune résistance croisée n'a pu être observée avec des bactéries résistantes à la colistine. Les expériences RNAseq ont révélé que lors de l'exposition aux cystobactamides, la réponse de réparation de l'ADN et les réponses SOS étaient sur exprimés, tandis que lors de l'exposition à la chélocardine, la plupart des gènes régulés à la hausse étaient liés à la paroi cellulaire bactérienne. En outre, le métabolisme du fer a également été affecté dans les deux conditions, ce qui suggère un rôle critique de l'homéostasie du fer.Nos résultats soulignent le besoin urgent d'approches transformatrices pour lutter contre la résistance aux antimicrobiens, en particulier avec l'émergence d'isolats hautement résistants aux médicaments et difficiles à détecter. Enfin, nous avons pu démontrer le potentiel de deux nouvelles familles d'antibiotiques avec de nouvelles cibles et sans croisement de résistance avec d'autres familles d'antibiotiques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|