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http://hdl.handle.net/11422/28252
| Type: | Tese |
| Title: | Caracterização de vesículas extracelulares de bactérias gram-negativas e seu papel na disseminação da resistência antimicrobiana |
| Author(s)/Inventor(s): | Moreira, Roberto Guardatti Gambine |
| Advisor: | Picão, Renata Cristina |
| Abstract: | A resistência aos antimicrobianos constitui hoje um dos maiores desafios de saúde pública do planeta. A questão é mais crítica em ambientes hospitalares, onde a vasta utilização destes fármacos favorece a seleção de microrganismos resistentes. Nesse cenário, os bacilos gram-negativos (BGN) multirresistentes se destacam por resistirem a antimicrobianos de último recurso e possuírem grande plasticidade genômica, sendo capazes de adquirir e transferir genes de resistência com frequência. Uma forma de transferência horizontal de genes (THG) tem sido apontada como potencial disseminadora de genes de resistência: as vesículas extracelulares (VEs), embora pouco se saiba sobre sua real contribuição para a questão abordada. Assim, esta tese estudou de forma aprofundada as VEs de BGN resistentes a antimicrobianos de último recurso isolados de diversas fontes e caracterizou uma metodologia de isolamento a partir de cultivo em meio sólido. Uma coleção de cepas multirresistentes, diversas e com seus genomas sequenciados, foi montada contendo seis gêneros bacterianos (Acinetobacter, Aeromonas, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella e Pseudomonas), com dois representantes para cada gênero. Desta coleção, as VEs produzidas foram isoladas e estudadas, avaliando seus perfis de tamanho, conteúdo proteico e fosfolipídico, empacotamento de genes de resistência, capacidade de transformação. Comprovamos que o método foi altamente eficiente e reprodutível, rendendo entre 1010 e 1012 nanopartículas/mL dependendo da cepa produtora, havendo o coisolamento de filamentos nos gêneros Aeromonas, Escherichia, Enterobacter e Pseudomonas. As cepas que mais e menos produziram VEs pertencem aos gêneros Pseudomonas e Aeromonas, respectivamente. Verificamos que os perfis de tamanho foram particulares para cada cepa, não sendo possível extrapolação ao nível de gênero. Os tamanhos médios variaram de 120 nm a 250 nm com as maiores médias concentradas nos gêneros Acinetobacter e Klebsiella e as menores nos gêneros Pseudomonas, Escherichia e Enterobacter. As quantificações de macromoléculas revelaram correlação positiva de proteínas a quantidade de VEs, diferente dos fosfolipídeos. Estes, correlacionaram-se negativamente com o diâmetro das VEs. Quanto ao empacotamento de material genético em VEs, revelou-se que valores superiores a 70% (Escherichia e Acinetobacter) encontravam-se intravesiculares e protegido de degradação enzimática. Quanto aos genes de resistência, encontramos plasmídeos de variados tamanhos (8 Kb à 350 Kb) sendo empacotados em VEs de forma parcial ou total, carreando múltiplos genes de resistência à fármacos de último recurso (blaNDM-1, blaOXA-181 e blaKPC-2) nos gêneros Acinetobacter, Escherichia e Klebsiella. Os experimentos de transformação, porém, não revelaram ampla capacidade de THG, com apenas a cepa Klebsiella sp. KP13 apresentando resultados condizentes com um evento de transformação. Apesar de confirmarmos mudança fenotípica na resistência, não foi possível detectar um plasmídeo íntegro nas transformantes, apontando para a possibilidade de transferência de apenas um fragmento do replicon contendo um gene de resistência, fato inédito na literatura. No entanto, não foi possível determinar qual o gene transferido, sendo necessário estudos posteriores. Em conclusão, este trabalho comprovou que o método utilizado foi eficaz e reprodutível, para caracterizou as VEs produzidas por diversos BGN multirresistentes, identificou a presença de genes de resistência nessas partículas e indicou que a THG por via destas nanopartículas pode não ser ampla e disseminada. |
| Abstract: | Antimicrobial resistance is currently one of the greatest public health challenges worldwide. The issue is particularly critical in hospital settings, where the extensive use of these drugs favors the selection of resistant microorganisms. In this context, multidrug-resistant Gram-negative bacilli (GNB) represent a major concern, as they resist last-resort antimicrobials and possess remarkable genomic plasticity, enabling them to readily acquire and transfer resistance genes. Considering this last point, one mechanism of horizontal gene transfer (HGT) has been suggested as a potential disseminator: extracellular vesicles (EVs), although little is known about their actual contribution to the problem. Thus, this thesis conducted an in-depth study of EVs produced by GNB resistant to last-resort antimicrobials, isolated from diverse sources, and established a methodology for their isolation from solid medium cultures. A collection of multidrug-resistant, genetically diverse, and genome-sequenced strains was assembled, comprising six bacterial genera (Acinetobacter, Aeromonas, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella, and Pseudomonas), with two representatives per genus. From this collection, the EVs produced were isolated and characterized, with analyses of size distribution, protein and phospholipid content, resistance gene packaging, and transformation capacity. We confirmed that the proposed method was highly efficient and reproducible, yielding between 1010 and 1012 nanoparticles/mL depending on the producing strain, with co-isolation of filaments in the genera Aeromonas, Escherichia, Enterobacter, and Pseudomonas. The highest and lowest EV producers belonged to the genera Pseudomonas and Aeromonas, respectively. Size profiles were strain-specific, preventing extrapolation at the genus level. Mean diameters ranged from 120 nm to 250 nm, with larger averages in Acinetobacter and Klebsiella, and smaller ones in Pseudomonas, Escherichia, and Enterobacter. Quantification of macromolecules revealed a positive correlation between protein content and EV quantity, whereas phospholipids showed a negative correlation with EV diameter. Regarding genetic material packaging, more than 70% (in Escherichia and Acinetobacter) was found to be intravesicular and protected from enzymatic degradation. Resistance genes were detected in plasmids of various sizes (8 Kb to 350 Kb), partially or fully packaged within EVs, carrying multiple last-resort resistance determinants (blaNDM-1, blaOXA-181, and blaKPC-2) in Acinetobacter, Escherichia, and Klebsiella. Transformation assays, however, did not reveal broad HGT potential, with only Klebsiella sp. KP13 showing results consistent with a transformation event. Although phenotypic resistance changes were confirmed, no intact plasmid was detected in the transformants, suggesting the transfer of only a plasmid fragment containing a resistance gene—a phenomenon unprecedented in the literature. Nevertheless, it was not possible to determine which gene was transferred, requiring further studies. In conclusion, this work provides a detailed characterization of EVs produced by a diverse collection of multidrug-resistant GNB and the methodology for their isolation, while simultaneously indicating that EV-mediated HGT may not be as widespread and significant as previously hypothesized. |
| Keywords: | Nanopartículas Vesículas extracelulares Bactérias gram-negativas Resistência microbiana a medicamentos Transferência genética horizontal Nanoparticles Extracellular vesicles Gram-negative bacteria Drug resistance |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências (Microbiologia) |
| Production unit: | Instituto de Microbiologia Paulo de Góes |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 18-Nov-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | Moreira, R. G. G. (2025). Caracterização de vesículas extracelulares de bactérias gram-negativas e seu papel na disseminação da resistência antimicrobiana [Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro]. Repositório Institucional Pantheon. |
| Appears in Collections: | Microbiologia |
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