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Publicação
Low-cost rapid diagnostics and typing for clinical microbiology using FT-IR
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Orientador(es)
Resumo(s)
Healthcare-associated infections (HAIs) and antimicrobial resistance (AMR) represent urgent challenges for global public health, with impactful consequences in patient outcomes and hospital resources. However, current diagnostic tools present limitations in terms of speed, accuracy and simplicity, critical for early pathogen detection, effective treatment decisions, infection prevention and dissemination in clinical settings. This thesis focused on specific diagnostic challenges to improve accurate, quick and simple pathogen detection and antimicrobial resistance mechanisms and extend Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy applications for the detection of clinically relevant EcSC, MDR-Kp and Hv-Kp. To accomplish this task, we i) used a real clinical case to identify limitations associated with routine molecular methods for detection of rare mechanisms of resistance (production of IMP-22 in Klebsiella pneumoniae); ii) assessed the potential of FT-IR spectroscopy to differentiate and identify clinically-relevant Enterobacter cloacae species compared to reference methods; iii) extended FT-IR application to detect hypervirulent K. pneumoniae. Phenotypic, genotypic and molecular methods were combined with FT-IR spectroscopy and multivariate data analysis, used to interpret spectral patterns and build classification models. This work underscored the need to integrate phenotypic and targeted molecular approaches for comprehensive carbapenemase surveillance. It further demonstrated FT-IR's effectiveness in species and subspecies differentiation, underscoring its role as a rapid and reliable diagnostic tool for prompt treatment, minimizing the spread of multidrug-resistant pathogens, and improving patient care.
As infeções associadas aos cuidados de saúde e a resistência antimicrobiana representam desafios urgentes para a saúde pública global, afetando desfechos clínicos, recursos hospitalares e controlo infecioso. Contudo, as ferramentas de diagnóstico atualmente disponíveis apresentam limitações em termos de rapidez, precisão e simplicidade, aspetos críticos para a deteção precoce de patogénios, a tomada de decisões terapêuticas eficazes, a prevenção de infeções e a contenção da sua disseminação em contextos clínicos. Esta tese centrou-se em desafios diagnósticos específicos com o objetivo de melhorar a deteção de patogénios e de mecanismos de resistência antimicrobiana de forma precisa, rápida e simples, bem como a expandir as aplicações da espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) na deteção de espécies do complexo Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae multirresistente e K. pneumoniae hipervirulenta. Para concretizar este objetivo, i) foi utilizado um caso clínico real para identificar limitações associadas aos métodos moleculares de rotina na deteção de mecanismos de resistência raros (produção de IMP-22 em K. pneumoniae); ii) avaliou-se o potencial da espectroscopia FT-IR para diferenciar e identificar espécies clinicamente relevantes do complexo E. cloacae, em comparação com métodos de referência; iii) foi expandida a aplicação da FT-IR para a deteção de K. pneumoniae hipervirulenta. Métodos fenotípicos, genotípicos e moleculares foram combinados com a espectroscopia FT-IR e análise de dados multivariada, aplicada à interpretação de padrões espectrais e à construção de modelos de classificação. Este trabalho reforçou a necessidade de integrar abordagens fenotípicas e moleculares direcionadas para uma vigilância abrangente das carbapenemases. Demonstrou, adicionalmente, a eficácia da FT-IR para a diferenciação a nível de espécie e subespécie, destacando o seu papel como ferramenta diagnóstica rápida e fiável, essencial para o tratamento atempado, a contenção da disseminação de patogénios multirresistentes e a melhoria dos cuidados prestados aos doentes.
As infeções associadas aos cuidados de saúde e a resistência antimicrobiana representam desafios urgentes para a saúde pública global, afetando desfechos clínicos, recursos hospitalares e controlo infecioso. Contudo, as ferramentas de diagnóstico atualmente disponíveis apresentam limitações em termos de rapidez, precisão e simplicidade, aspetos críticos para a deteção precoce de patogénios, a tomada de decisões terapêuticas eficazes, a prevenção de infeções e a contenção da sua disseminação em contextos clínicos. Esta tese centrou-se em desafios diagnósticos específicos com o objetivo de melhorar a deteção de patogénios e de mecanismos de resistência antimicrobiana de forma precisa, rápida e simples, bem como a expandir as aplicações da espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) na deteção de espécies do complexo Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae multirresistente e K. pneumoniae hipervirulenta. Para concretizar este objetivo, i) foi utilizado um caso clínico real para identificar limitações associadas aos métodos moleculares de rotina na deteção de mecanismos de resistência raros (produção de IMP-22 em K. pneumoniae); ii) avaliou-se o potencial da espectroscopia FT-IR para diferenciar e identificar espécies clinicamente relevantes do complexo E. cloacae, em comparação com métodos de referência; iii) foi expandida a aplicação da FT-IR para a deteção de K. pneumoniae hipervirulenta. Métodos fenotípicos, genotípicos e moleculares foram combinados com a espectroscopia FT-IR e análise de dados multivariada, aplicada à interpretação de padrões espectrais e à construção de modelos de classificação. Este trabalho reforçou a necessidade de integrar abordagens fenotípicas e moleculares direcionadas para uma vigilância abrangente das carbapenemases. Demonstrou, adicionalmente, a eficácia da FT-IR para a diferenciação a nível de espécie e subespécie, destacando o seu papel como ferramenta diagnóstica rápida e fiável, essencial para o tratamento atempado, a contenção da disseminação de patogénios multirresistentes e a melhoria dos cuidados prestados aos doentes.
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Palavras-chave
Diagnostic FT-IR spectroscopy Antimicrobial resistance Klebsiella pneumoniae Enterobacter cloacae complex Diagnóstico Espetroscopia FT-IR Resistência antimicrobiana Klebsiella pneumoniae Complexo Enterobacter cloacae
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