Analysis of Efflux Pump Genes in β-lactam Resistant Clinical Isolates of Pseudomonas aeruginosa from a Tertiary Level Hospital in Ecuador

Abstract

Pseudomonas aeruginosa is a nosocomial microorganism that causes a wide spectrum of infections and is known as one of the primary multi-resistant microorganisms against β-lactam antibiotics. One of the main resistance mechanisms found in P. aeruginosa is the efflux pumps. This study is aimed at characterizing this mechanism by analyzing the expression of four genes (mexA, mexX, oprJ and oprM) involved in antibiotic efflux pumps in Pseudomonas aeruginosa. Forty clinical isolates (20 resistant, 20 susceptible) were collected from the Bacteriology Laboratory at the Carlos Andrade Marin Hospital, in Quito-Ecuador. Expression levels for the selected genes were assessed by RT-qPCR assays using RpsL as a housekeeping gene for ΔΔCt adjusted relative quantitation analysis. The importance of efflux pumps as a resistance mechanism was corroborated through analysis of efflux pumps genes that showed overexpression in all phenotypically resistant isolates. Furthermore, phenotype/genotype analysis was performed comparing Antibiotic Susceptibility Testing (AST) results with expression profiles. Results for the mexA genotype showed correlation with the TPZ resistance phenotype and the mexX genotype with the IPM, MEM and FEP resistance phenotypes. In conclusion, the expression pattern of the efflux pump genes suggests resistance mechanisms that are due to horizontal transmission or pathogens spreading into the hospital environment.Pseudomonas aeruginosa es un microorganismo responsable de una amplia variedad de infecciones y es uno de los principales patógenos multiresistentes ante antibióticos β-lactámicos. Uno de los principales mecanismos de resistencia en P. aeruginosa constituyen las bombas de eflujo. El objetivo del presente estudio fue caracterizar el mecanismo de bombas de eflujo mediante el estudio de expresión de 4 genes (mexA, mexX, oprJ y oprM) involucrados en este mecanismo en Pseudomonas aeruginosa. Cuarenta aislados clínicos (20 resistentes y 20 sensibles) fueron recolectados en el Laboratorio de Bacteriología del Hospital “Carlos Andrade Marin” en Quito-Ecuador. Los niveles de expression de los genes seleccionados fueron evaluados por RT-qPCR usando RpsL como gen constitutivo para el análisis de cuantificación relativa basado en el método ΔΔCt ajustado. La importancia de las bombas de eflujo como mecanismos de resistencia fue confirmada ya que el estudio de expresión de los genes relacionados con bombas de eflujo mostró sobreexpresión de ellos en todos los aislados fenotípicamente resistentes. Se realizó además un análisis fenotipo/genotipo comparando los resultados del antibiograma (AST) con los perfiles de expresión. La sobreexpresión de mexA (genotipo) mostró correlación con el fenotipo de resistencia a TPZ, mientras que el genotipo mexX se correlacionó con los fenotipos de resistencia a IPM, MEM y FEP. En conclusion, los patrones de expression de los genes relacionados con bombas de eflujo sugieren la presencia de mecanismos de resistencia basados en transmisión horizontal que posibilitan la diseminación de patógenos en el ambiente hospitalario