La resistència a cefalosporines de tercera generació en ‘Escherichia coli’ isolada de bestiar domèstic sud-coreà

Microbiologia: La tasca continuada que fa la Divisió de Malalties Bacterianes de l’Agència de Quarantenes Animals i Vegetals del Ministeri d’Agricultura, Alimentació i Afers Rural de la República de Corea, amb seu a Gimcheon, combinada amb l’aportació de Tatsuya Unno, del Departament de Ciències Biològiques i Biotecnologia de la Universitat Nacional Chungbuk, ab seu a Cheongju, els ha permès presentar en un article a Frontiers of Microbiology les tendències evolutives i els determinants genètics en la resistència a cefalosporina de tercera generació d’isolats d’Escherichia coli procedents de bestiar domèstic al llarg del període de 14 anys que va del 2010 al 2023. L’estudi d’aquests isolats es fa en el context del concepte d’una sola salut, en el benentès que els enterobacteris presents en el bestiar domèstic tenen un potencial de transmissió als éssers humans a través de la cadena alimentària. Especialment perillosos són els enterobacteris resistents a cefalosporines de tercera generació. En aquest article, Kim et al. posen de manifest que la resistència és més prevalent en E. coli isolada de pollastres o de porcs, que no pas de bestiar boví. En la darrera dècada hi ha un augment de la prevalença de la resistència en E. coli isolada d’aviram sa. Prèviament, en el 2014, Kim et al. constaten un desplaçament en els genotips amb beta-lactamases d’ampli espectre (ESBL), de forma que blaCTX-M-14 desplaçà blaCTX-M-15 com a variant predominant. La majoria dels isolats resistents són, a més, multiresistents, de forma que són resistents no tan sols a la cefalosporina de tercera generació sinó també a fluoroquinolones i colistina. Aquests determinants de resistència són mitjançants per plàsmids IncF i Incl1, associats amb elements genètics mòbils com ISEcp1 o IS26: això fa que siguin altament transferibles. Els llinatges prevalents són ST752, ST457 i ST10. La multiresistència s’explicaria per megaplàsmids que combinen gens ESBL, mcr-1, gens resistència a metalls i de factors de virulència. D’aquesta forma l'E. coli multiresistent constitueix una amenaça emergent.

Esquemes d’alguns dels plàsmids isolats per Kim et al.

Escherichia coli

E. coli és l’espècie de bacteri més profundament coneguda. És un bacteri comensal facultatiu versàtil que habitat predominantment en els tractes gastrointestinals d’humans i animals. És un patogen oportunista, i se la considera una espècie sentinella en la monitorització de la resistència a agents antimicrobians. Darrera de no poques intoxicacions alimentàries hi ha la disseminació de gens de resistència a través de la cadena alimentària.

L’abús d’antibiòtics en la ramaderia intensiva genera una pressió selectiva en favor de l’aparició de soques resistents. L’Organització Mundial de la Salut considera les cefalosporines de tercera generació (3GC) com a antimicrobians d’importància crítica en el tractament d’infeccions bacterianes severes en medicina i veterinària. La proliferació de beta-lactamases d’ampli espectre (ESBLs) de tipus CTX-M posa en entredit la seva eficàcia.

Kim et al. ofereixen dades d’un seguiment de 14 anys (2010-2023) de soques d’E. coli resistents a 3GC de diversos animals domèstics de Corea del Sud.

El Sistema Veterinari Coreà de Monitorització de Resistència a Antimicrobians

Són 16 els laboratoris o centres que participen en aquesta monitorització. Treballen sobre carcasses bovines, porcines, de pollastre i d’ànec, així com de femta. Prenen mostres en hisop, i després proven de cultivar-les en àgar MacConkey. La identificació de soques d’E. coli les fan per MALDI-TOF.

En aquests 14 anys, s’han collit 15.397 isolats d’E. coli.

De cada isolat es fan proves de susceptibilitat a un ventall d’agents antimicrobians (cefoxitina, cloramfenicol, ciprofloxacina, colistina, gentamicina, àcid nalidíxic, estreptomicina, tetraciclina i trimetroprim/sulfametoxazol).

Per a un total de 214 soques resistents a 3GC, es realitzen PCRs per a identificar els tipus de gens blaCTX-M.

La transferibilitat dels gens bla era assajada en experiments d’aparellament sòlid, utilitzant E. coli J53 com a soca receptora.

PCR múltiplex i seqüenciació pel mètode de Sanger permeten determinar el context genètic dels gens ESBL.

El tipatge de seqüència multi-locus (MLST) fou realitzat sobre 214 soques resistents a 3GC. Aquest tipatge incloïa set gens de referència (adk, fumC, gyrB, icd, mdh, purA, i recA).

Alguns dels isolats d’E. coli foren seqüenciats en la plataforma Illumina.

Les tendències evolutives

La resistència a 3GC en E. coli és de baixa prevalença en bestiar boví, però és més habitual en porcs i pollastres. La resistència és més prevalent en soques procedents d’animals malalts que no pas d’animals sans. En els darrers anys la prevalença en pollastres sans ha passat del 5% al 10%.

Kim et al. han identificat un total de nou variants de gens blaCTX-M. A partir del 2014 constaten un augment de la prevalença de la variant blaCTX-M-55.

Els isolats que produeixen CTX-M tendeixen a presentar co-resistència envers altres agents antimicrobians.

La transferibilitat dels gens CTX-M és desigual. Això s’explica pel fet de trobar-se en diferents tipus de plàsmids. En conseqüència, també són diferents els ambients genètics.

Les soques resistents a 3GC són molt diverses genèticament: de 174 soques analitzades en resulten 64 tipus diferents. Per exemple, el gen blaCTX-M-55 es troba en llinatges diferents com ST457, ST2170 i ST10.

La seqüenciació genòmica de cinc soques resistents a 3GC posa de manifest que contenen megaplàsmids d’uns 500 kbp de mida. Aquests megaplàsmids contenen un ampli rang de gens de resistència a agents antimicrobians, així com de gens de resistència a metalls. Els genomes també contenen determinants de factors de virulència.

Kim et al. recorden que les cefalosporines de tercera generació eren aprovades a Corea per al tractament d’infeccions de bacteris gramnegatius en animals de granja. El seu ús és la pressió selectiva que promou l’aparició de gens ESBL. La cosa empitjora perquè hi ha transferència horitzontal de gens de resistència, la qual cosa acaba promovent l’aparició de soques bacterianes multiresistents. La transferència horitzontal és facilitada pel fet que la majoria de gens de resistència es troben en plàsmids amb elements mòbils.

Lligams:

- Evolutionary trends and genetic determinants of third-generation cephalosporin resistance in Escherichia coli from Korean livestock: a 14-year longitudinal study, 2010–2023. Ji-In Kim, Ji-Hyun Choi, Md. Sekendar Ali, Md. Sekendar Ali, Bo-Youn Moon, Hee-Seung Kang, Ha-Young Kim, Yu-Jeong Hwang, Yeon-Hee Lee, Min Young Kim, Jae-Myung Kim, Tatsuya Unno, Suk-Kyung Lim. Front. Microbiol. (2026).

La dinàmica de formació de cúmuls estel·lars

Astrofísica: Alex Pedrini i Angela Adamo són els primers autors d’un article publicat avui a Nature Astronomy en el que, a partir de dades dels Telescopis Espacials Hubble (HST) i Webb (JWST), s’aprofundeix en com la massa d’un cúmul estel·lar regula positivament la taxa de formació de nous estels. Aquest és un problema obert en la comprensió del procés astrogènic. L’escala temporal de sorgiment de cúmuls estel·lars a partir dels núvols natals és un paràmetre bàsic del cicle de formació d’estels dins de les galàxies. Amb l’HST i el JWST, Pedrini et al. han observat milers de cúmuls estel·lars joves de quatre galàxies properes: M51, M83, NGC 628 i NGC 4449. Una fracció important dels cúmuls observats són encara inclosos dins del gas natal, i no són encara visibles en la franja de llum visible. Pedrini et al. han estimat l’escala temporal necessària per a la dispersió del material interestel·lar. Hi ha una forta correlació entre l’escala temporal de dispersió i la massa del cúmul, de manera que els cúmuls massius emergeixen més ràpidament que els cúmuls de massa inferior. Els cúmuls massius tindrien un paper central en la promoció de l’escapament de radiació ionitzant cap al medi galàctic. Això significa d’altra banda restringir la finestra temporal de formació de planetes en cúmuls massius, ja que els discs protoplanetaris es veuen exposats a irradiació ultraviolada la qual limita l’acreció de gas.

Imatge elaboradora a partir de dades del HST i del JWST que mostra un complex astrogènic de la galàxia M51

L’astrogènesi

L’astrogènesi o formació d’estels consisteix en el col·lapse gravitacional de regions d’alta densitat de núvols moleculars gegants. Aquest col·lapse condueix a la formació de cúmuls de sistemes estel·lars.

En un cúmul o associació estel·lar són els estels massius (amb >15 masses solars) els responsables de la immensa majoria de l’energia i moment alliberat al medi circundant. En aquest alliberament participa una combinació de processos que rep el nom de retroalimentació estel·lar. La retroalimentació estel·lar condueix a la destrucció del núvol natal per fotoionització, vents estel·lars, pressió radiativa i explosions de supernova). Aquesta retroalimentació estel·lar explica la ineficiència relativa de l’astrogènesi en galàxies: tan sols una fracció de gas disponible en una galàxia arribarà a formar estels.

L’estudi de cúmuls estel·lars joves pot ajudar a entendre les escales temporals d’aquests processos. Ara bé, estudiar-ne els de la Via Làctia i la resta del Volum Local (menys de 10 megaparsecs) és complex. I estudiar-ne els de més enllà requereix una bona sensibilitat i resolució. Justament és això el que forneixen els telescopis espacials Hubble (HST) i Webb (JWST). Amb ells, Pedrini et al. han cartografiat poblacions de cúmuls estel·lars joves de galàxies properes en el context de regions astrogèniques. Hom pot distingir els cúmuls estel·lars joveníssims, caracteritzats per la presència de pols dels núvols natals, així com d’hidrogen ionitzat i la línia d’emissió de 3,3 μm dels hidrocarburs aromàtics policíclics.

Els cúmuls estel·lars joves emmergents

Pedrini et al. han emprat observacions de la NIRCam de JWST per identificar cúmuls estel·lars joves emergents a una escala de 4-8 parsecs en quatre galàxies properes. Adamo és la investigadora principal de Feedback in Emerging extrAgalactic Star clusTers (FEAST), projecte que seleccionà com a mostra aquestes quatre galàxies: M51, M83, NGC 628 (=M74) i NGC 4449. Cada galàxia té un ambient i metal·licitat característics.

Imatges d’arxiu de HST ajudaren a identificar cúmuls estel·lars joves òptics.

Pedrini et al. defineixen tres fases en un cúmul estel·lar jove:
- eYSCI: són fonts compactes i brillants on el component estel·lar encara roman associat a regions H II.
- eYSCII: l’associació a regions H II roma, però ja no hi ha detecció d’hidrocarburs aromàtics policíclics.
- oYSC: el cúmul estel·lar ja és visible òpticament. És un cúmul encara jove en el sentit que no ha complert encara els primers 10 milions d’anys d’existència.

L’escala temporal es pot mesurar com la fracció de cúmuls estel·lars joves que encara no han emergit (eYSC sobre el total de YSC) multiplicada per 10 milions d’anys.

Pedrini et al. han analitzat una població total de 8900 cúmuls estel·lars joves. Val a dir que tan sols una petita fracció d’aquests cúmuls tenen masses superiors a 10000 masses solars. No obstant, la població analitzada és representativa per a cúmuls de masses inferiors a 1000 masses solars.

Per als cúmuls estel·lars joves de masses inferiors a 1000 masses solars, és evident la relació positiva entre aquesta massa i la rapidesa amb la qual es passa de la categoria eYSC a oYSC, és a dir al punt de l’emergència del núvol natal. Per a cúmuls més massius sembla que la xifra de 4,9 milions d’anys per acomplir aquest procés ja no es pot superar gaire, però Pedrini et al. alerten que la mostra analitzada és insuficient per arribar a una conclusió ferma

Com més massiu és un cúmul estel·lar més ràpidament evoluciona cap a una situació en la qual s’atura l’astrogènesi. Ara bé, les quatre galàxies analitzades mostren diferències en aquesta relació. En la galàxia M51 la maduració dels cúmuls estel·lars és més lenta, i pot arribar als 9 milions d’anys en els cúmuls menys massius: és possible que això respongui a interaccions mareals amb una galàxia satèl·lit. En la galàxia NGC 628 hi ha menys contrast en l’escala temporal de cúmuls massius i cúmuls menys massius. En canvi, aquest contrast es ben pregon a la galàxia M83. La galàxia NGC4449, amb una metal·licitat mitjana d’1/3 de la metal·licitat solar, té un escala temporal de cúmuls estel·lars molt més breu que les altres galàxies espirals.

Pedrini et al. consideren que aquests resultats són rellevants per a la teoria de formació e planetes. Els discs protoplanetaris depenen força de l’ambient immediat. Així, els cúmuls estel·lars massius (de més de 10.000 masses solars) són hostils a la formació de discs protoplanetaris.

Lligams:

- The emerging timescale of young star clusters regulated by cluster stellar mass. Alex Pedrini, Angela Adamo, Daniela Calzetti, Arjan Bik, Thomas J. Haworth, Bruce G. Elmegreen, Mark R. Krumholz, Sean T. Linden, Benjamin Gregg, Helena Faustino Vieira, Varun Bajaj, Jenna E. Ryon, Ahmad A. Ali, Eric P. Andersson, Giacomo Bortolini, Michele Cignoni, Ana Duarte-Cabral, Kathryn Grasha, Natalia Lahén, Thomas S.-Y. Lai, Drew Lapeer, Matteo Messa, Göran Östlin, Elena Sabbi, Linda J. Smith & Monica Tosi. Nature Astronomy (2026).