Escherichia coli în infecțiile piciorului diabetic: diversitate genomică, rezistență antimicrobiană și potențial de virulență

Un studiu genomic amplu a analizat rolul Escherichia coli în infecțiile piciorului diabetic, o complicație severă a diabetului zaharat și o cauză majoră de amputare la nivel global. Cercetarea evidențiază faptul că aceste tulpini nu sunt simple bacterii oportuniste, ci prezintă caracteristici genetice, metabolice și de virulență comparabile cu cele ale Escherichia coli patogen extraintestinal, cu implicații directe pentru tratament și supraveghere epidemiologică.
Infecțiile piciorului diabetic reprezintă o problemă majoră de sănătate publică. Se estimează că între 19% și 34% dintre persoanele cu diabet dezvoltă ulcere ale piciorului diabetic de-a lungul vieții, iar aproximativ 80% dintre acestea evoluează spre infecții. Deși cocii Gram-pozitivi, în special Staphylococcus aureus, sunt agenții etiologici clasici, studii recente indică o frecvență tot mai mare a bacililor Gram-negativi, inclusiv E. coli, Klebsiella pneumoniae și Pseudomonas aeruginosa.

Izolarea E. coli este raportată mai frecvent în țările cu venituri mici și medii, probabil ca urmare a diferențelor de infrastructură medicală, practici de diagnostic și factori de mediu. În ciuda acestei frecvențe, rolul său patogenetic în infecțiile piciorului diabetic a fost insuficient caracterizat până în prezent.

Despre studiu

Cercetarea publicată în Microbiology Spectrum a utilizat secvențierea genomică integrală pentru analiza a 42 de tulpini de E. coli izolate din infecții ale piciorului diabetic, provenind din mai multe regiuni geografice: Nigeria (14), Regatul Unit (9), Ghana (8), Suedia (4), Malaezia (2), precum și câte un izolat din China, Coreea de Sud, Brazilia, India și Statele Unite.

Dimensiunea genomurilor a variat între 4,67 și 5,47 milioane perechi de baze, cu un conținut GC stabil, în jur de 50–51%. Analiza filogenetică a identificat o distribuție largă în 7 filogrupuri: A, B1, B2, D, F, A* și B1*. Cele mai frecvente au fost filogrupurile A (33,33%) și B2 (35,71%), ambele asociate anterior cu tulpini patogene extraintestinale.

Tiparea multilocus a evidențiat o diversitate remarcabilă, cu 28 de tipuri de secvență distincte. De asemenea, au fost identificate serotipuri O/H clasice pentru ExPEC, precum O25:H4, O101:H10 și O6:H31, alături de capsule asociate cu sepsisul și infecțiile urinare (K1, K2ab, K5).

Rezultate

Diversitate genomică și pangenom deschis

Analiza pangenomică a identificat 18.263 de clustere genetice. Genomul de bază a inclus 2.413 gene, în timp ce genomul accesoriu a fost extrem de extins, cu peste 11.800 de gene rare, dintre care aproape 7.000 au fost unice. Curbele de acumulare au confirmat existența unui pangenom deschis, sugerând o capacitate ridicată de adaptare prin transfer genetic orizontal.

Rezistența antimicrobiană

Determinante genetice de rezistență au fost identificate în peste 85% dintre izolate, acoperind toate cele 12 clase de antibiotice analizate. Rezistența a fost foarte frecventă la tetracicline, sulfamide, trimetoprim, peniciline și aminoglicozide. Toate tulpinile au purtat gena mdf(A), asociată cu eflux multidrog.

Rezistențele la antibiotice de ultimă linie au fost rare, dar îngrijorătoare:

• Colistină: 1 izolat (gena mcr-1.1)
• Fosfomicină: 2 izolate (gena fosA3)
• Meropenem: 2 izolate (blaNDM-5, blaKPC-2)
• Tigeciclină: 1 izolat (gena tet(X))

Toate izolatele din filogrupurile B1, F și A* au fost multidrog-rezistente, iar un subgrup din filogrupul A a îndeplinit criteriile de rezistență extensivă.

Profilul de virulență

Au fost identificate 469 de factori de virulență, incluzând gene pentru aderență, invazie, rezistență la ser și achiziția fierului. Genele pentru curli și fimbriae de tip 1 au fost aproape omniprezente, sugerând un potențial ridicat de formare de biofilm. Sisteme de captare a fierului, precum chu, sit și iuc, au fost larg distribuite, reflectând adaptarea la medii sărace în nutrienți, precum ulcerele cronice.

Un subset de tulpini a prezentat toxine și componente ale sistemului de secreție de tip 3, indicând un amestec de trăsături ExPEC și enteropatogene, cu potențial de manipulare imună.

Capacități metabolice

Modelele metabolice genomice au evidențiat între 2.450 și 3.366 de reacții metabolice per tulpină. Deși peste jumătate dintre reacții au fost comune tuturor izolatelor, unele funcții metabolice specifice au apărut izolat, sugerând o plasticitate metabolică importantă, independentă parțial de filogenie.

Interpretare și implicații clinice

Studiul demonstrează că E. coli asociată infecțiilor piciorului diabetic constituie o populație extrem de heterogenă, dar frecvent dotată cu trăsături de virulență și rezistență similare tulpinilor ExPEC implicate în sepsis și infecții urinare. Această combinație explică persistența bacteriei în plăgi cronice și eșecul relativ frecvent al terapiei antimicrobiene.

Rezultatele susțin necesitatea integrării supravegherii genomice în practica clinică, mai ales în contextul tratamentului empiric al infecțiilor piciorului diabetic, în special în zonele cu resurse limitate.

Concluzii

Escherichia coli implicată în infecțiile piciorului diabetic prezintă o combinație periculoasă de diversitate genomică, rezistență antimicrobiană extinsă și potențial de virulență. Aceste caracteristici o transformă într-un agent patogen relevant clinic, care necesită o abordare diagnostică și terapeutică mai sofisticată. Înțelegerea strategiilor sale adaptive este esențială pentru dezvoltarea unor intervenții eficiente și pentru reducerea riscului de amputare la pacienții cu diabet.