Phenotypic and Genomic Characterisation of Serial Pseudomonas Aeruginosa Isolates from Pre and Post Lung Transplantation Patients with Cystic Fibrosis

Abstract

Advancement in antimicrobial susceptibility testing (AST) systems has resulted in development of sophisticated testing technologies and readout systems that improved the accuracy and reduced the time to result. Such rapid AST technologies, thus, are a better alternative to the traditional culture based assay that demands visual inspection to obtain the results. By using the molecular diagnostic devices, one can determine the pathogen causing the disease and can also identify certain resistance markers and genes for a particular antimicrobial agent. Whole genome sequencing (WGS) has revolutionized the field of infection biology but the technology still has limitations and the results need to be validated by culture-based AST techniques. Further in silico analysis may not mirror the exact bacterial status. Therefore, coupling both phenotypic as well as genotypic characterization to achieve information on the bacterial resistome is important. Use of transcriptomics in genotype- phenotype correlation studies can lead to better understanding of the resistome as it is closer to real-time detection of genuine in cellulo antimicrobial resistance. In the case of life altering disease such as cystic fibrosis (CF), personalized therapy is vital. P. aeruginosa which is the most prominent bacterial species dwelling in the lungs of patients with CF is a complex organism with phenotypic plasticity and an arsenal of genetic resistance factors. In order to arrest infection in the CF lungs by P. aeruginosa, it’s complete resistome coupled with phenotypic peculiarities needs to be studied.

Fortschritte in der Entwicklung antimikrobieller Empfindlichkeitstestsystemen (AST) haben zu neuen Testtechnologien/ Auslesesysteme geführt. Die Genauigkeit wurde so verbessert und die Zeit bis zum Erhalten des Ergebnisses verkürzen. Dies bietet eine bessere Alternative zu den traditionellen, kulturbasierten Tests, die eine visuelle Inspektion erfordern. Mit molekulardiagnostischen Geräten kann man den Erreger der Krankheit bestimmen und zusätzlich bestimmte Resistenzmarker/Gene identifizieren. Whole Genome Sequencing (WGS) hat das Gebiet der Infektionsbiologie revolutioniert, jedoch hat diese Technologie hat noch gewisse Einschränkungen und die Ergebnisse müssen durch kulturbasierte AST-Techniken validiert werden. Darüber hinaus spiegelt die in-silico-Analyse möglicherweise nicht den genauen Bakterienstatus wider. Daher ist die Kopplung sowohl phänotypischer als auch der genotypischer Charakterisierungsmethoden wichtig, um Informationen über das bakterielle Resistom zu erhalten. Der Einsatz von Transkriptomik in Genotyp-Phänotyp- Korrelationsstudien kann zu einem besseren Verständnis des Resistoms führen, da es dem Echtzeit-Nachweis der antimikrobiellen Resistenz in zellulo näher kommt. Bei lebensverändernden Erkrankungen wie Mukoviszidose (CF) ist eine personalisierte Therapie unerlässlich. P. aeruginosa, das wichtigste Bakterium in der Lunge von Patienten mit CF, ist ein komplexer Organismus mit phänotypischer Plastizität und einem Arsenal an Resistenzfaktoren. Um eine Infektion in der CF-Lunge durch P. aeruginosa zu stoppen, muss sein vollständiges Resistom in Verbindung mit phänotypischen Besonderheiten untersucht werden.