Intricate interplay of CRISPR-Cas systems, anti-CRISPR proteins, and antimicrobial resistance genes in a globally successful multi-drug resistant Klebsiella pneumoniae clone
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Klebsiella pneumoniae is one of the most prevalent pathogens responsible for multiple infections in healthcare settings and the community. K. pneumoniae CG147, primarily including ST147 (the founder ST), ST273, and ST392, is one of the most globally successful MDR clone linked to various carbapenemases. METHODS: One hundred and one CG147 strains were sequenced and additional 911 publicly available CG147 genome sequences were included for analysis. The molecular epidemiology, population structure, and time phylogeny were investigated. The virulome, resistome, and mobilome were analyzed, and the recombination in the capsular region was studied. The CRISPR-Cas and anti-CRISPR were identified. The interplay between CRISPR-Cas, anti-CRISPR, and carbapenemase-encoding plasmids was analyzed and experimentally validated. RESULTS: We analyzed 1012 global CG147 genomes, with 80.4% encoding at least one carbapenemase (NDM [529/1012, 52.3%], OXA-48-like [182/1012, 17.7%], and KPC [105/1012, 10.4%]). Surprisingly, almost all CG147 strains (99.7%, 1009/1,012) harbor a chromosomal type I-E CRISPR-Cas system, with 41.8% (423/1012) containing an additional plasmid-borne type IV-A3 CRISPR-Cas system, and both target IncF plasmids, e.g., the most prevalent KPC-encoding pKpQIL-like plasmids. We found the presence of IV-A3 CRISPR-Cas system showed a negative correlation with the presence of KPC. Interestingly, a prophage-encoding anti-CRISPR AcrIE8.1 and a plasmid-borne anti-CRISPR AcrIE9.2 were detected in 40.1% (406/1012) and 54.2% (548/1012) of strains, respectively, which displayed positive correlations with the presence of a carbapenemase. Plasmid transfer experiments confirmed that the I-E and IV-A3 CRISPR-Cas systems significantly decreased (p < 0.001) KPC-encoding pKpQIL plasmid conjugation frequencies, while the AcrIE8.1 and AcrIE9.2 significantly increased (p < 0.001) pKpQIL conjugation frequencies and protected plasmids from elimination by CRISPR-Cas I-E system. CONCLUSIONS: Our results indicated a complex interplay between CRISPR-Cas, anti-CRISPR, and mobile genetic elements that shape the evolution of CG147. Our findings advance the understanding of multi-drug resistance mechanisms and will aid in preventing the emergence of future MDR clones.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».