TY - BOOK AU - Asmaa Abdulhak Elsayed Mohammed, AU - Hamdallah Hafez Zedan AU - Hadir Ahmed El-Mahallawy AU - Ahmed Abdelaziz Sayed AU - Mai Mahmoud Zafer TI - Core and accessory genomic characterization of virulence factors and resistance determinants of multiple drug-resistant pseudomonas aeruginosa clinical isolates in oncology setting in egypt / U1 - 616.079 PY - 2025/// KW - Microbiology & Immunology KW - الميكروبيولوجيا والمناعة KW - Pseudomonas aeruginosa KW - Whole genome sequence KW - Multidrug resistance KW - Virulence factors KW - Cancer patient KW - الزائفة الزنجارية KW - توصيف شامل للجينوم N1 - Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025; Bibliography: pages 126-143; Issues also as CD N2 - Due to its considerable genomic plasticity and the potential for resistance to a wide range of antimicrobials, Pseudomonas aeruginosa has been designated a critical priority pathogen by the World Health Organization. This study aimed to explore the antimicrobial resistance patterns and virulence properties and to offer comprehensive genomic information of Pseudomonas aeruginosa obtained from blood samples of hospitalized cancer patients with a suggestion of a new approach to overcome such a problematic pathogen. Fifty-two clinical isolates were examined for demographic and clinical characteristics, antimicrobial resistance profiles, and different virulence factors. The pathogenic potential of the isolates was assessed in the Galleria mellonella infection model. The genomes of 10 colistin resistant isolates were sequenced by the Oxford-Nanopore technology to examine the sequence typing, resistance profile, virulence genes, and mobile genetic elements. The antibacterial and anti- virulent activity of colistin-bimetallic nanoparticle formulation was evaluated against pan-drug- resistant and highly virulent P. aeruginosa clinical isolate. All isolates exhibited multi-drug resistance (MDR) and extensive-drug resistance (XDR) phenotypes. The association between resistance to the main antipseudomonal classes was highly observed. Colistin, aztreonam, and ceftolozane/tazobactam demonstrated the best susceptibility rates. Isolates demonstrated different virulence traits. Efflux pump activity was significantly associated with higher MICs. Swarming motility was associated with urinary tract infections. The Galleria mellonella model demonstrated higher lethality for isolates originating from respiratory tract infections. Metallo-Beta-lactamase blaNDM-1 was the most frequent carbapenem resistant gene detected in our isolates, and it was carried on an integrative and conjugative element (ICE) located on the chromosome of the predominant high-risk clones ST308 and ST773. This result highlights the shift in the molecular epidemiology of carbapenem resistance in P. aeruginosa towards NDM over other MBLs. This shift is of particular concern considering the possibility of co-occurrence of multiple AMR determinants on the same ICE which limit the treatment options. The detection of P. aeruginosa ST308 carrying blaNDM-1 in Egypt for the first time is particularly alarming. Additionally, whole genome sequencing also reported the detection of ST1143 and ST1693 in Egypt carrying blaOXA-1028 and blaOXA-904, respectively for the first time in Egypt. Our findings also revealed mutations in regulatory systems (PhoPQ/ basRS) that mediate colistin resistance, with no mcr genes detected. The accessory genome, comprising up to 34.6% of the total genome, confirms the remarkable genomic plasticity of P. aeruginosa, facilitating the horizontal acquisition of resistance and virulence genes. Virulome analysis revealed the presence of exoU in high-risk clones, closely associated with hypervirulence in infection models, while other sequence types harbored fewer virulent factors such as exoS. The synthesized colistin-bimetallic nanoparticle formulation demonstrated remarkable reduction in the colistin MIC and the virulence activity of the tested isolate. This study underlines the alarming rise of high-risk P. aeruginosa clones carrying blaNDM-1and exhibiting MDR and XDR resistance in a vulnerable oncology population. The study also revealed the association between virulence factors and both clinical history and resistance profile of the isolates. The identification of novel sequence types and mobile resistance elements highlights the dynamic genomic landscape and adaptability of this pathogen. Notably, the promising efficacy of the colistin-bimetallic nanoparticle formulation offers a potential therapeutic strategy against highly resistant and virulent P. aeruginosa, warranting further clinical evaluation.; نظرًا للمرونة الجينية الكبيرة التي تتمتع بها بكتيريا الزائفة الزنجارية Pseudomonas aeruginosa وإمكانيتها لمقاومة مجموعة واسعة من المضادات الحيوية، تم تصنيفها كعامل مسبب رئيسي ذو أولوية عالية من قبل منظمة الصحة العالمية. هدف هذه الدراسة هو تقديم معلومات جينية شاملة واستكشاف أنماط المقاومة للمضادات الحيوية وخصائص الضراوة لعزلات ال P.aeruginosa التي تم الحصول عليها من عينات دم مرضى السرطان المقيمين في المستشفى، مع اقتراح استراتيجية جديد للتغلب على هذا الميكروب. تم فحص 52 عزلة سريرية للتعرف على الخصائص الديموغرافية والسريرية، أنماط مقاومة المضادات الحيوية، وعوامل الضراوة المختلفة. تم إجراء تسلسل جيني للعزلات المجمعة باستخدام تكنولوجيا أكسفورد-نانو بور لدراسة تصنيف التسلسل، والمقاومة، وجينات الضراوة، والعناصر الوراثية المتنقلة. كما تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا والمضاد للضراوة لتركيبة الكوليستين ذات الجزيئات النانوية المعدنية الثنائية ضد العزلة السريرية المقاومة لجميع الأدوية وعالية الضراوة من P.aeruginosa. أظهرت جميع العزلات مقاومة متعددة الأدوية (MDR)، مقاومة شديدة (XDR)، ومقاومة كاملة للأدوية (PDR). وتم ملاحظة ارتباط قوي بين مقاومة الفئات الرئيسية للأدوية المضادة للP.aeruginosa أظهر كل من الكولستين، الأزتريونام، والسيفتولوكسازين/التازوباكتام أفضل معدلات تأثير في البكتيريا. كما أظهرت العزلات أنشطة ضراوة مختلفة. وكان نشاط مضخة الطرد ا مرتبطًا بشكل كبير مع ارتفاع قيم MIC. ارتبط وجود حركة الزحف Swarming motility بالعزلات التي مصدرها الرئيسي عدوى المسالك البولية، وأظهر نموذج G. mellonellaوفيات أعلى للعزلات التي مصدرها الرئيسي التهابات الجهاز التنفسي. كان جين Metallo-Beta-lactamase NDM-1 هو الأكثر شيوعًا في العزلات المقاومة للكاربينيمات، ووجد أنه محمول على عنصر تكاملي وقابل للانتقال (ICE) على الكروموسوم في السلالات عالية الخطورة ST308 و ST773. يشير هذا الاكتشاف الى التحول في التركيبة الجينية المسؤولة عن مقاومة الكاربينيمات في P. aeruginosa نحو NDM عوضاً عن M?Ls الأخرى. وهذا التحول يمثل مصدر قلق نظرًا لإمكانية تواجد عوامل مقاومة متعددة على نفس العنصر المتنقل (ICE)، مما يحد من الخيارات العلاجية. أظهرت الدراسة أول اكتشاف للسلالة ST308 حاملة blaNDM-1 لأول مرة في مصر وكذلك ST1143 و ST1693 . والتي تحمل جيناتblaOXA-1028 و blaOXA-904 على التوالي، وهذه الجينات لم يتم الإبلاغ عنها من قبل في مصر. كما كشفت نتائجنا عن وجود طفرات كروموسومية في basRS&phoPQوالتي تعد الآلية الرئيسية لمقاومة الكولستين. إن وجود جينوم إضافي accessory بنسبة 34.6% من الجينوم الكلي يدل على المرونة الجينية الملحوظة لبكتيريا P. aeruginosa، مما يسهل اكتساب جينات المقاومة والضراوة بشكل أفقي. أظهر تحليل جينات الضراوة وجود الجين exoU في السلالات عالية الخطورة، و ارتبطت ارتباطًا وثيقًا بالوفيات في نماذج العدوى، بينما احتوت السلالات الأخرى على عوامل ضراوة أقل مثل exoS. أظهرت التركيبة المحضرة من الجزيئات النانوية ثنائية المعدن للكولستين تقليلاً ملحوظًا في MIC للكولستين وفي نشاط الضراوة للعزلة المختبرة. إجمالا، تُبرز هذه الدراسة الارتفاع المقلق في انتشار السلالات عالية الخطورة من Pseudomonas aeruginosa الحاملة لجين blaNDM-1 والتي تُظهر أنماط مقاومة متعددة (MDR) وشديدة للمضادات الحيوية (XDR) لدى مرضى الأورام. كما كشفت الدراسة عن وجود ارتباط بين عوامل الضراوة والتاريخ السريري ونمط المقاومة للعزلات.ويعد وجود أنماط تسلسل جديدة وعناصر مقاومة منقولة دليلاَ على الطبيعة الديناميكية للجينوم والقدرة التكيفية العالية لهذا الميكروب. وتؤكد نتائجنا الحاجة الملحة للمراقبة الجينومية لرصد انتشار المحددات الحيوية للمقاومة وعوامل الضراوة. ومن الجدير بالذكر أن الفعالية الواعدة لتركيبة الكوليستين مع جسيمات النانو الثنائية المعدن تُمثّل استراتيجية علاجية محتملة ضد السلالات شديدة المقاومة والضراوة من P. aeruginosa، مما يستدعي إجراء المزيد من التقييمات السريرية ER -