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Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica logoLink to Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica
. 2025 Jun 19;42(2):156–165. doi: 10.17843/rpmesp.2025.422.14299
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Genomic diversity of uropathogenic Escherichia coli in clinical isolates from six latin american countries, 2018-2023

Francesca Caballero 1, Anne Martinez-Ventura 1,2, Diego Cuicapuza 1,3, Alex Fajardo-Loyola 4, Rosmery Gutierrez-Ajalcriña 5, Javier Soto-Pastrana 6, Percy Asmat-Marrufo 7,7, Evelyn Barco-Yaipen de Vera 8, Henry Meza-Fernandez 9, Mario Chambi-Quispe 10, Jimena Pino-Dueñas 11, Nicomedes Laura-Rivas 12, Alexander Briones-Alejo 13, Pilar Diaz-Rengifo 14, Carlos Peralta-Siesquen 15, Guillermo Salvatierra 1, Pablo Tsukayama 1,16, Pool Marcos-Carbajal 1,17
PMCID: PMC12377891  PMID: 40900482

ABSTRACT

Objective.

To genetically characterize clinical isolates of uropathogenic Escherichia coli (UPEC) from hospitals in Peru and contextualize them against 127 additional UPEC genomes reported in six Latin American countries between 2018 and 2023.

Materials and methods.

The genomes of 16 Peruvian UPEC isolates were sequenced, assembled and supplemented with 127 genomes available in the NCBI public database. Serotypes, sequence types (STs), antimicrobial resistance (AMR) genes, and resistance-associated mutations were identified. A phylogenetic analysis was also conducted in order to determine evolutionary relations and distribution in phylogroups.

Results.

The ST131 clone was the most prevalent (42.7%), followed by ST1193 (13.3%). Phylogroup B2 was widely predominant (83.2%), with serotype O25:H4 standing out. The resistance genes blaTEM-1, blaCTX-M-15, and blaCTX-M-27 were identified with high frequency, as well as mutations in gyrA and parC associated with fluoroquinolone resistance, especially in the ST131 clone.

Conclusion.

Our findings show high circulation of high-risk UPEC clones, such as ST131 and ST1193, in Latin America, along with a notable burden of genes and mutations linked to multidrug resistance, highlighting the need to strengthen regional genomic surveillance.

Keywords: Escherichia coli, Uropathogen, UPEC, Bacterial Resistance, Molecular Epidemiology

INTRODUCTION

Escherichia coli is a Gram-negative bacillus of the Enterobacteriaceae family that is part of the normal intestinal microbiota in most humans. However, there are opportunistic variants, known as uropathogenic E. coli (UPEC), capable of colonizing the urinary tract and causing infections 1,2. These UPEC strains are characterized by the presence of at least three specific virulence factors: chuA and fyuA, involved in iron acquisition; vat, which encodes a vacuolization-inducing autotransporting toxin; and yfcV, associated with fimbriae that facilitate adhesion to urothelial cells 3.

UPEC are the leading cause of urinary tract infections (UTIs) worldwide, affecting approximately 400 million people per year and causing nearly 230,000 deaths annually, according to the 2019 Global Burden of Disease study 4. These infections are the second most common type in adults 5 and are classified as complicated (cUTI) when there are comorbidities (pregnancy, immunocompromised status) or urinary tract abnormalities (obstruction, hydronephrosis, kidney stones), and uncomplicated (uUTI) in the absence of these conditions 6. Antibiotics such as ampicillin, sulfamethoxazole, and ciprofloxacin are used to treat uUTIs, while nitrofurans, cephalosporins, and carbapenems are recommended for cUTIs 5.

The inappropriate use and poor regulation of broad-spectrum antibiotics have contributed significantly to the increase in antimicrobial resistance (AMR), particularly in low- and middle-income countries 7. Regarding UPEC, the most important AMR mechanisms include the production of extended-spectrum beta-lactamases (ESBLs), enzymes capable of hydrolyzing penicillin, beta-lactams, and cephalosporins 8. Among these enzymes, blaCTX-M-1 stands out, which is capable of hydrolyzing third-generation cephalosporins and one of the most common beta-lactamases in ESBL-producing E. coli9. In addition, there are non-enzymatic resistance mechanisms, such as point mutations in target genes: parC/E and gyrA/B are associated with resistance to fluoroquinolones 10, glpT and uhpT with fosfomycin 11, and pmrA/B/D with colistin 12. Other non-enzymatic mechanisms include efflux pumps, such as those encoded by the emrD, acrF, and mdtM genes, which are related to multidrug resistance (MDR) 13. Between 2000 and 2019, in Europe, Asia, and America, high phenotypic resistance to quinolones (49.4%), beta-lactams (36.9%), aminoglycosides (28.7%), and fosfomycin (8.4%) was reported 14.

Advances in genomics in recent decades now allow for the precise identification of sequence types (STs) and high-risk clones. Among these, ST131 stands out as the MDR clone with the highest risk worldwide 15. In Australia, in 2013, ST131 (27%) and serotype O25b (85%) were found to be the most frequent in urinary isolates from a sample of women of reproductive age 16. In 2022, in the United States, 23% of E. coli isolates belonged to the emerging pandemic clone ST1193, characterized by its resistance to fluoroquinolones, and its prevalence was 51% in China 17.

The lack of information on the genomic diversity and resistance patterns of UPEC in Latin America hinders its monitoring and treatment. Most studies are limited to identifying lineage markers and resistance genes using conventional PCR. Although whole genome sequencing is a key tool for high-resolution, large-scale characterization of isolates, to date few studies in the region have reported using this technique for UPEC. Therefore, in order to better understand the genomic diversity of this pathogen in Latin America, this study aimed to characterize 16 UPEC isolates from hospitals in Peru and analyze them in the context of 127 UPEC genomes reported in six countries in the region between 2018 and 2023.

KEY MESSAGES

Motivation for the study. To contribute to the genomic surveillance of UPEC in clinical samples from Latin America, in response to the growing public health problem represented by UTIs and their resistance to antimicrobials.

Main findings. Our study revealed a high frequency of high-risk clones, such as ST131 and ST1193. Critical mutations were identified in genes associated with resistance to multiple antibiotics, including fluoroquinolones, beta-lactams, and fosfomycin.

Implications. Our results highlight the urgent need to strengthen UPEC surveillance in Latin America. Tracking resistant strains and implementing measures to limit their spread is crucial and has a significant impact on the effectiveness of available treatments.

MATERIALS AND METHODS

Study design

We conducted a descriptive study. The study population consisted of 143 UPEC isolates from Latin America. Of these, 127 correspond to genomes from the NCBI public database and 16 from outpatients with a clinical diagnosis compatible with urinary tract infection (UTI) in hospitals in Peru (Figure 1).

Figure 1. Flowchart showing the search for uropathogenic E. coli (UPEC) genomic sequences in the NCBI Isolates Browser database in Latin America and genomes from isolates from patients with UTI in Peru. A total of 127 genomes from Latin America were included from NCBI and supplemented with 16 collected from hospitals in Peru, with a total of 143 UPEC genomes available for analysis.

Figure 1

NCBI: National Center for Biotechnology Information, LATAM: Latin America, UPEC: uropathogenic E. coli, UTI: urinary tract infection.

Genomic sequencing of UPEC isolates in Peru

E. coli strains previously characterized phenotypically were collected from patients with UTI in eight Peruvian hospitals during 2018-2019 18. Total DNA was extracted from 5 ml of liquid culture in TSB medium using the Thermo GeneJet Genomic DNA Purification Kit (Thermo Scientific) in a final volume of 100 µl. DNA quantification was performed with the Qubit 4 fluorometer and the dsDNA HS kit (Thermo Scientific). From the 200 original isolates, 48 were selected for sequencing using stratified sampling, prioritizing diversity in antimicrobial resistance profiles and geographical representativeness of the collection sites (Figure 1). Genomic libraries were prepared with the NexteraXT kit (Illumina) and sequenced on an Illumina MiSeq instrument at UPCH, using MiSeq v2 500-cycle kits. The raw sequences obtained from sequencing (Fastq format) were subjected to quality control using FastQC v0.12.1 (https://github.com/s-andrews/FastQC). Subsequently, the fastp v0.23.4 program (https://github.com/OpenGene/fastp) was used to remove adapters and low-quality sequences (Q<30 and length <50 bp), generating paired R1 and R2 files. Finally, the processed reads were assembled de novo using default parameters with SPAdes v3.15.2 (https://github.com/ablab/spades). The quality of the assembled genomes was evaluated using the QUAST v5.2.0 tool (https://github.com/ablab/quast) (Figure 2). The fastq and fasta files were deposited in the following BioProject: PRJNA1153025.

Figure 2. Flowchart of the bioinformatic and phylogenetic analysis. Reads from patients isolated from hospitals in Peru were assembled and processed together with genomes from NCBI using typing and phylogeny tools.

Figure 2

Public UPEC genomes in Latin America

Genomes assembled in Fasta format were downloaded from the NCBI Isolates Browser (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pathogens/isolates/), along with associated metadata, which included relevant information such as the isolate identifier code, assembly code, year of collection, and country of origin. The selection criteria for the search included the taxonomic group (taxgroup_name) “E. coli and Shigella”; the isolate type (epi_type) “clinical”; the isolate source (isolation_source) ‘urine’; the host (host) “Homo sapiens”; and the geographical location (geo_loc_name) limited to “Paraguay,” Argentina, Colombia, Brazil, Chile, Peru, Mexico, Bolivia, Costa Rica, Cuba, Ecuador, El Salvador, Guatemala, Haiti, Honduras, Nicaragua, Panama, Dominican Republic, Uruguay, and Venezuela, in the period between 2016 and 2024. A total of 325 public genomes met these criteria (Figure 1).

Refinement of UPEC genome selection

To confirm that the E. coli isolates corresponded to the UPEC type, genomes possessing three or more of the virulence factors proposed by Spurbeck et al. 3chuA, vat, fyuA, and yfcV were included, indicating a genetic profile consistent with UPEC. In addition, quality filters were applied, requiring sequences to be between 4.5 and 5.5 million base pairs (Mb) in length, and genomes with ambiguous bases were excluded. After applying these filters, the final number of considered public genomes was 127, to which we added 16 UPEC genomes generated in this study, resulting in a total of 143 genomes analyzed (Figure 1).

Classification, gene identification, and phylogenetic analysis

To identify the serotype of the isolates, we used the ABRicate v1.0.1 tool (https://github.com/tseemann/abricate) with the EcOH database. Sequence types (STs) were determined according to the ecoli_achtman_4 scheme, derived from seven marker genes, using the MLST v2.23.0 program (https://github.com/tseemann/mlst). Antimicrobial resistance genes and mutations were identified using AMRFinderPlus v3.12.8 (https://github.com/ncbi/amr, database 2024-05-02.2). Virulence genes were identified using VirulenceFinder v2.0.5 (database 2022-12-02) available on the Center for Genomic Epidemiology (CGE) server (https://cge.food.dtu.dk/services/VirulenceFinder/). In addition, the phylogroup was identified according to the Clermont scheme using EzClermont v0.7.0 (https://github.com/nickp60/EzClermont). All analyses used a cutoff threshold of 90% for coverage and identity. The assembled genomes were annotated using Bakta v1.6.1 (https://github.com/oschwengers/bakta) and core genome alignment was performed with Panaroo v1.2.10 (https://github.com/gtonkinhill/panaroo). Subsequently, the best model for constructing the phylogenetic tree was determined using ModelTest-NG v0.1.7 (https://github.com/ddarriba/modeltest). Finally, the tree was constructed using the GTR+I+G4 model and performing 100 bootstrap replicates with RAxML-NG v1.2.0 (https://github.com/amkozlov/raxml-ng). An Escherichia fergusonii genome (CP083638.1) was used to root the tree. The tree was annotated and visualized using iTOL v6 (https://itol.embl.de/) (Figure 2).

Ethical considerations

This study was evaluated and approved by the Ethics Committee of the Universidad Peruana Unión (N2019-CEUPeU-0001) and by the Institutional Committee on Research Ethics (CIEI) of the Universidad Peruana Cayetano Heredia (SIDISI No. 214524 and No. 214927). Only bacterial isolates were used, without including or analyzing any personal or clinical information about the patients.

RESULTS

We analyzed 143 UPEC isolates from six Latin American countries: Paraguay (39.2%), Brazil (32.9%), Peru (11.2%), Colombia (8.4%), Argentina (6.3%), and Mexico (2.1%) (Figure 3). The temporal distribution of the isolates was as follows: 2018 (9.8%), 2019 (6.3%), 2020 (8.4%), 2021 (30.1%), 2022 (44.1%), and 2023 (1.4%). The most frequent UPEC sequence types in Latin America were ST131 (42.7%), ST1193 (13.3%), ST648 (8.4%) and ST998 (3.5%). In Peru, the predominant sequence types were ST131 (43.8%) and ST1193 (37.5%); in Brazil, ST131 (40.4%), ST648 (14.9%) and ST127 (10.6%); in Paraguay, ST131 (39.2%), ST1193 (12.5%) and ST73 (7.5%); in Argentina, ST131 (33.3%) and ST1193 (33.3%); in Colombia, ST131 (66.7%) and ST648 (16.7%); and in Mexico no prominent clones were identified (Figure 3). The most frequent serotype was O25:H4 (43.4%), followed by O75:H5 (11.2%), O1:H6 (6.3%) and O2:H6 (3.5%). The Clermont B2 phylogroup was predominant in this dataset (83.2%), followed by phylogroups F (15.4%) and G (1.4%).

Figure 3. Geographic distribution of uropathogenic E. coli (UPEC) clones in Latin America.

Figure 3

The most common beta-lactamases among the antimicrobial resistance (AMR) genes, were blaTEM-1 (40.0%), blaCTX-M-15 (32.2%), blaCTX-M-27 (9.1%), blaKPC-2 (4.9%), blaNDM-1 (2.1%), and blaKPC (0.7%). The most common genes associated with aminoglycoside resistance were aph(6)-Id (35.0%), aph(3’’)-Ib (33.6%), aadA5 (31.5%), aac(6’)-Ib-cr5 (22.4%), and aac(3)-IIe (16.8%). Among the genes related to efflux pumps, emrD was found in all isolates (100%), followed by acrF (93.0%) and mdtM (60.8%). Other genes also stood out, such as mphA (43.4%), associated with macrolide resistance; sul1 (45.5%) and sul2 (37.1%), associated with sulfonamide resistance; tetA (39.9%) and tetB (16.8%), related to tetracycline resistance; and dfrA17 (36.4%), associated with trimethoprim resistance.

Non-synonymous mutations associated with RAM were found in 69.9% of UPEC isolates, with at least one mutation in the gyrA gene, which is related to fluoroquinolone resistance. We found that 67.8% of isolates had double mutations in amino acids Ser-83 and Asp-87 of gyrA. Regarding the parC gene, also associated with fluoroquinolone resistance, 69.2% had at least one mutation, while 46.9% had double mutations in combinations of the amino acids Ala-108, Ala-56, Glu-84, Ser-57, or Ser-80. Regarding the pmrB gene, 79.0% of the isolates had at least one mutation related to colistin resistance, and 1.4% had double mutations between the amino acids Glu-123, Pro-94, Val-161, or Tyr-358. Other genes associated with resistance presented single mutations: 86.0% of isolates had a mutation in the glpT gene (Glu-448), 69.2% in uhpT (Glu-350), 46.2% in ptsI (Val-35), and 16.8% in cyaA (Ser-352), all associated with fosfomycin resistance. Besides, 72.0% had mutations in parE, which confers resistance to fluoroquinolones, frequently in the amino acids Ile-529 (46.2%) and Leu-416 (13.3%). The mutation in marR (Ser-3), associated with multidrug resistance to penicillin, phenols, quinolones, rifamycins, and tetracyclines, was identified in 24.5% of the isolates.

Patterns of coincidence between sequencing type, serotype, and point mutations associated with AMR were identified in the 143 analyzed genomes (Table 1). The most frequent pattern includes ST131 with serotype O25:H4 (35.7%), followed by ST1193 with serotype O75:H5 (11.1%). The three most frequent patterns include the point mutations gyrA (D87N), gyrA (S83L), and parC (S80I), all related to fluoroquinolone resistance. However, glpT (E448K), parC (E84V), parE (I529L), pmrB (E123D), ptsI (V25I), and uhpT (E350Q) were also found in pattern 1; marR (S3N), parE (L416F), pmrB (E123D), uhpT (E350Q) in pattern 2; and, cyaA (S352T), glpT (E448K), parE (S458A) in pattern 3. Likewise, patterns 2 and 4 had mutations associated with the highest number of antibiotic classes (seven classes) due to the presence of the MDR marR gene. In addition, patterns 1, 2, and 4 were more frequent in isolates from Paraguay, and pattern 3 in isolates from Brazil (Table 1).

Table 1. In silico prediction of serotype, sequence type, and point mutations associated with resistance in uropathogenic E. coli (UPEC) genomes, 2018-2023 (n=143).

Pattern number Sequence type Serotype Mutations associated with antimicrobial resistance Types of antibiotics Number of UPEC isolates (%) Countries (n)
1 131 O25:H4 glpT(E448K), gyrA(D87N), gyrA(S83L), parC(E84V), parC(S80I), parE(I529L), pmrB(E123D), ptsI(V25I), uhpT(E350Q) 3 51 (35.7) Paraguay (19) Brazil (16) Colombia (8) Peru (6) Argentina (1) Mexico (1)
2 1193 O75:H5 gyrA(D87N), gyrA(S83L), marR(S3N), parC(S80I), parE(L416F), pmrB(E123D), uhpT(E350Q) 7 16 (11.1) Paraguay (7) Peru (6) Argentina (2) Brazil (1)
3 648 O1:H6 cyaA(S352T), glpT(E448K), gyrA(D87N), gyrA(S83L), parC(S80I), parE(S458A) 2 7 (4.9) Brazil (4) Argentina (1) Colombia (1) Paraguay (1)
4 998 O2:H6 glpT(E448K), marR(S3N), pmrB(E123D) 7 5 (3.5) Paraguay (3) Argentina (1) Brazil (1)

Phylogenetic analysis identified two main clades according to the Clermont classification: F and G/B2 (Figure 4). The second clade is larger and is divided into a subclade for group G and two large subclades for B2. Clones ST131, ST1193, ST998, and ST127 are restricted to phylogroup B2, while ST648 and ST354 are restricted to phylogroup F, and ST117 is restricted to phylogroup G. Serotypes O25:H4, O75:H5, and O2:H6 are restricted to phylogroup B2, while O1:H6 and O45:H6 are restricted to phylogroup F. It should be noted that all isolates belonging to ST1193 have a double mutation in the gyrA gene and most isolates belonging to ST113 have a double mutation in the gyrA and parC genes simultaneously.

Figure 4. Phylogenetic tree of 143 uropathogenic E. coli (UPEC) isolates from Latin America during 2018 and 2023.

Figure 4

BTL: beta-lactamases, AMG: aminoglycosides, EF: efflux, M: macrolides, S: sulfonamides, T: tetracycline, TR: trimethoprim, FQN: fluoroquinolones, C: colistin, FOS: fosfomycin

DISCUSSION

This study analyzed 143 UPEC genomes from six Latin American countries, with a predominance of isolates from Paraguay and Brazil. A high frequency of the ST131 clone (42.7%) was identified, mainly related to serotype O25:H4 and phylogroup B2, followed by ST1193 and ST648. Consistent patterns were found between clone, serotype, and mutation, with frequent combinations of resistance to fluoroquinolones and fosfomycin. Phylogenetic analysis revealed the grouping of the dominant clones within phylogroup B2, while others such as ST648 were restricted to phylogroup F, evidencing the genetic diversity and possible regional adaptation mechanisms of UPEC in Latin America.

During the 2018-2023 period, the ST131 clone was identified in 42.7% of the analyzed UPEC genomes. In comparison, a study conducted in Saudi Arabia in 2020 reported a prevalence of 61.7% 19. ST131 is known to be a high-risk, multidrug-resistant (MDR) pandemic strain and one of the leading causes of difficult-to-treat UTIs and bacteremia. This clone has plasmids that encode additional resistance and virulence genes, facilitating its spread in community and hospital settings 20. The emerging ST1193 clone, also pandemic and MDR, has also been identified as a cause of UTI and bacteremia 17. In our study, 13.3% of isolates from the region correspond to ST1193, and in Peru we identified it in 37.5% of cases. This is higher than the 6% reported in Spain in a collection of UPEC from women in primary care centers 21.

Phylogenetic group B2, recognized as the most virulent and highly prevalent in mammals, is associated with persistent extraintestinal infections 22. In our study, 83.2% of isolates belonged to group B2, with ST131 clones with serotype O25 standing out. A study in Iraq identified that 33.9% of UPEC belonged to phylogroup B2, of which 92.1% corresponded to ST131 and 97.1% were serotype O25 15. The O25-B2-ST131 lineage is considered hypervirulent, MDR, and ESBL-producing, underscoring the need to implement control measures to limit its spread 23. Similarly, a report from Saudi Arabia identified a prevalence of 61.7% for phylogroup B2, with 100% of ST131 clones belonging to this group, a result consistent with our study 19. In contrast, a previous study in Peru did not identify phylogroups F and G among UPEC isolates 24.

With regard to beta-lactamases, our study highlights the presence of the blaCTX-M-15 (32.2%) and blaCTX-M-27 (9.1%) genes. These results differ from a previous study conducted in Peru, which used conventional PCR and reported a frequency of 18% for the blaCTX gene, with a different distribution in which blaCTX-M-1 (72.4%) and blaCTX-M-9 (25.9%) predominated 8. These findings underscore the importance of reporting specific beta-lactamase alleles to better understand their distribution and impact on antimicrobial resistance.

When it comes to genes associated with efflux pumps, we found that 100% of the analyzed genomes contained the emrD gene and 93.0% contained the acrF gene, both of which play a key role in resistance to multiple families of antibiotics through transcriptional regulation 13. These findings are similar to those reported by a study on UPEC in Iraq, which found a prevalence of 100% for emrD and 66% for acrF25. In addition, the tetA gene (39.9%) stood out in resistance to tetracyclines, while sul1 showed a prevalence of 45.5% in resistance to sulfonamides. In contrast, a study in Iran reported that the tetB (66.7%) and sul1 (45.5%) genes were the most prevalent 26, which could be attributed to geographical differences and the use of molecular techniques for gene identification.

Single nucleotide polymorphisms (SNPs) also play a crucial role in AMR. In Iran, 91.2% of strains with double mutations in gyrA (codons 83 and 106) were found to be resistant to fluoroquinolones, with minimum inhibitory concentration (MIC) values of up to 256 µg/mL 10. In our study, 69.9% of isolates had mutations in the gyrA gene, and 67.8% had double mutations (codon 83 and 87). In addition, all ST1193 isolates had double mutations in gyrA, which is consistent with a study conducted in the United States indicating that this clone is resistant to fluoroquinolones 27. In addition, we found that the frequency of double mutations is higher than in other regions, which could be a consequence of the unregulated use of antibiotics in Latin America.

Mutations in pmrB, which affect the PmrAB stress response system in enterobacteria, are associated with changes in lipopolysaccharide (LPS), thereby reducing the efficacy of colistin in mcr-negative E. coli isolates. This effect manifests as a significant increase in MIC to 8 or 16 µg/mL 12. Although colistin is not recommended as a treatment for UTIs in the region, an increase in the detection of resistant strains in patients with UTIs has been reported over the last decade 28.

One of the main limitations of this study was the small number of analyzed E. coli genomes, originating from six Latin American countries, as this may not reflect the actual diversity of UPEC in the region. The years of isolation are not homogeneous across countries, which could influence the reported genomic representativeness. In addition, not all genomes available in the NCBI database are UPEC, despite being classified as UTI by the authors. Finally, although the bioinformatic tools we used are robust and frequently used in genomic studies of AMR, they are constantly updated and may not detect mutations in resistance genes that are clinically relevant in the future.

One of the main strengths of our study lies in the use of a functional definition based on virulence genes to classify UPEC, which provides a solid foundation for future research. This approach not only lays the groundwork for the application of more robust epidemiological designs but, when combined with molecular tools, will enable long-term monitoring with broader and more systematic sampling across different regions and time periods. This will lead to a deeper understanding of the evolution of antimicrobial resistance and the dynamics of UPEC infections, enabling more effective strategies for their control and prevention.

In conclusion, our study identified a high frequency of high-risk uropathogenic E. coli clones such as ST131 and ST1193, along with a high frequency of mutations in genes associated with multidrug resistance. These findings underscore the importance of these clones in the epidemiology of UTIs as a public health risk. Therefore, empirical treatment regimens for UTIs should be improved and antimicrobial resistance control policies strengthened. Furthermore, the patterns we report suggest possible clonal spread between countries, highlighting the need for coordinated genomic surveillance efforts at the regional level.

Acknowledgments

We would like to thank Dr. Roger Albornoz Esteban and Dr. Luis Felipe Segura Chavez of the School of Medicine at the Universidad Peruana Unión for their administrative support in carrying out this work. We would also like to thank the members of the Microbial Genomics Laboratory at the Universidad Peruana Cayetano Heredia for their support in analyzing and interpreting these results.

Biographies

Biologist, bachelor of Science

Medical technologist, licensed in Clinical Laboratory Technology and Pathological Anatomy

Medical technologist, licensed in Clinical Laboratory Technology and Pathological Anatomy

Biologist, bachelor of Science

Licensed nurse

Medical technologist, licensed in Clinical Laboratory Technology and Pathological Anatomy

Biologist, bachelor of Science

Biologist, bachelor of Science

Medical technologist, licensed in Clinical Laboratory Technology and Pathological Anatomy

Biologist, bachelor of Science

Biologist, bachelor of Science

Laboratory technician

Medical technologist, licensed in Clinical Laboratory Technology and Pathological Anatomy

Laboratory technician

Biologist, bachelor of Science

Veterinarian, doctor of Life Sciences

Biologist, doctor of Microbiology

Biologist, master’s degree in Molecular Biology

Funding Statement

El trabajo fue posible gracias al apoyo proporcionado por laEscuela Profesional de Medicina Humana de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad Peruana Unión (Resolución No 0935-2018-UPEU-FCS-CF), Lima-Perú. DC, AMV y PT están respaldados por una subvención de formación D43 TW007393 otorgada a la UPCH por el Fogarty International Center de los Institutos Nacionales de Salud de los EE. UU

Funding: . The research was made possible by support provided by the Professional School of Human Medicine of the Faculty of Health Sciences of the Universidad Peruana Unión (Resolution No. 0935-2018-UPEU-FCS-CF), Lima, Peru. DC, AMV, and PT are supported by a D43 TW007393 training grant awarded to UPCH by the Fogarty International Center of the US National Institutes of Health.

Supplementary material.
Available in the electronic version of the RPMESP.
Cite as:

Caballero F, Martinez-Ventura A, Cuicapuza D, Fajardo-Loyola A, Gutierrez-Ajalcriña R, Soto-Pastrana J, et al. Genomic diversity of uropathogenic Escherichia coli in clinical isolates from six latin american countries, 2018-2023. Rev Peru Med Exp Salud Publica. 2025;42(2):156-65. doi: https://doi.org/10.17843/rpmesp.2025.422.14299.

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Diversidad genómica de Escherichia coli uropatógena en aislados clínicos de seis países de Latinoamérica, 2018-2023

Francesca Caballero 1, Anne Martinez-Ventura 1,2, Diego Cuicapuza 1,3, Alex Fajardo-Loyola 4, Rosmery Gutierrez-Ajalcriña 5, Javier Soto-Pastrana 6, Percy Asmat-Marrufo 7, Evelyn Barco-Yaipen de Vera 8, Henry Meza-Fernandez 9, Mario Chambi-Quispe 10, Jimena Pino-Dueñas 11, Nicomedes Laura-Rivas 12, Alexander Briones-Alejo 13, Pilar Diaz-Rengifo 14, Carlos Peralta-Siesquen 15, Guillermo Salvatierra 1, Pablo Tsukayama 1,16, Pool Marcos-Carbajal 1,17

RESUMEN

Objetivo.

Caracterizar genéticamente aislados clínicos de Escherichia coli uropatógena (UPEC) provenientes de hospitales en Perú y contextualizarlos frente a 127 genomas adicionales de UPEC reportados en seis países de Latinoamérica entre 2018 y 2023.

Materiales y métodos.

Se secuenciaron y ensamblaron los genomas de 16 aislados peruanos de UPEC y se complementaron con 127 genomas disponibles en la base de datos pública del NCBI. Se identificaron serotipos, secuenciotipos (ST), genes de resistencia antimicrobiana (RAM) y mutaciones asociadas a resistencia. Asimismo, se realizó un análisis filogenético para determinar relaciones evolutivas y distribución en filogrupos.

Resultados.

El clon ST131 fue el más prevalente (42,7%), seguido de ST1193 (13,3%). El filogrupo B2 predominó ampliamente (83.2%), destacando el serotipo O25:H4. Se identificaron con alta frecuencia los genes de resistencia blaTEM-1, blaCTX-M-15 y blaCTX-M-27, así como mutaciones en gyrA y parC asociadas a resistencia a fluoroquinolonas, especialmente en el clon ST131.

Conclusión.

Los hallazgos evidencian una alta circulación de clones de UPEC de alto riesgo, como ST131 y ST1193, en Latinoamérica, junto con una notable carga de genes y mutaciones vinculadas a resistencia a múltiples antimicrobianos, lo que resalta la necesidad de fortalecer la vigilancia genómica regional.

Palabras clave: Escherichia coli, Uropatógeno, UPEC, Resistencia Bacteriana, Epidemiología Molecular

INTRODUCCIÓN

Escherichia coli es un bacilo gramnegativo de la familia Enterobacteriaceae que forma parte de la microbiota intestinal normal en la mayoría de los humanos. Sin embargo, existen variantes oportunistas, conocidas como E. coli uropatógenas (UPEC, por sus siglas en inglés), capaces de colonizar el tracto urinario y causar infecciones 1,2. Estas cepas UPEC se distinguen por la presencia de al menos tres factores de virulencia específicos: chuA y fyuA, implicados en la adquisición de hierro; vat, que codifica una toxina autotransportadora inductora de vacuolización; y yfcV, asociado con fimbrias que facilitan la adhesión a células uroteliales 3.

La UPEC es la principal causa de las infecciones del tracto urinario (ITU) a nivel mundial, afectando aproximadamente a 400 millones de personas al año y causando cerca de 230 000 muertes anuales, según el estudio Global Burden of Disease de 2019 4. Estas infecciones constituyen el segundo tipo más común en adultos 5, y se clasifican en complicadas (cITU), cuando hay comorbilidades (embarazo, estado inmunocomprometido) o anormalidades del tracto urinario (obstrucción, hidronefrosis, cálculos renales), y no complicadas (uITU), en ausencia de estas condiciones 6. Para el tratamiento de las uITU, se emplean antibióticos como ampicilina, sulfametoxazol y ciprofloxacina, mientras que para las cITU se recomiendan nitrofuranos, cefalosporinas y carbapenémicos 5.

El uso inadecuado y la escasa regulación en la venta de antibióticos de amplio espectro han contribuido significativamente al aumento de la resistencia antimicrobiana (RAM), especialmente en países de bajos y medianos ingresos 7. En UPEC, los mecanismos de RAM más importantes incluyen la producción de betalactamasas de espectro extendido (BLEE), enzimas capaces de hidrolizar penicilinas, betalactámicos y cefalosporinas 8. Entre estas enzimas, destaca blaCTX-M-1, capaz de hidrolizar cefalosporinas de tercera generación y una de las betalactamasas más frecuentes en E. coli productora de BLEE 9. Además, existen mecanismos de resistencia no enzimáticos, como las mutaciones puntuales en genes diana: parC/E y gyrA/B están asociadas a la resistencia a fluoroquinolonas 10, glpT y uhpT a fosfomicina 11 y pmrA/B/D a colistina 12. Otros mecanismos no enzimáticos incluyen las bombas de eflujo, como las codificadas por los genes emrD, acrF y mdtM, que están relacionadas con la multidrogoresistencia (MDR, por sus siglas en inglés) 13. Entre el 2000 y 2019, en Europa, Asia y América, se observó una alta resistencia fenotípica a quinolonas (49,4%), betalactámicos (36,9%), aminoglucósidos (28,7%) y fosfomicina (8,4%) 14.

Los avances en genómica de las últimas décadas permiten hoy la identificación precisa de secuenciotipos (STs) y clones de alto riesgo. Entre ellos, destaca ST131, el clon MDR de mayor riesgo a nivel mundial 15. En Australia, en 2013, se encontró que ST131 (27%) y el serotipo O25b (85%) fueron los más frecuentes en aislados urinarios de una muestra de mujeres en edad reproductiva 16. En 2022, en Estados Unidos, se observó que el 23% de los aislados de E. coli pertenecían al clon pandémico emergente ST1193, caracterizado por su resistencia a fluoroquinolonas, y su prevalencia fue del 51% en China 17.

La falta de información sobre la diversidad genómica y los patrones de resistencia de UPEC en Latinoamérica dificulta su monitoreo y tratamiento. La mayoría de los estudios se limitan a identificar marcadores de linajes y genes de resistencia utilizando PCR convencional. Aunque la secuenciación del genoma completo es una herramienta clave para la caracterización de aislados con alta resolución y a gran escala, hasta la fecha se han reportado pocos estudios en la región que empleen esta técnica para UPEC. Por lo tanto, con el fin de entender mejor la diversidad genómica de este patógeno en Latinoamérica, el objetivo de la presente investigación es caracterizar 16 aislados de UPEC de hospitales en Perú y analizarlos en el contexto de 127 genomas de UPEC reportados en seis países de la región entre 2018 y 2023.

MENSAJE CLAVE

Motivación para el estudio. Contribuir a la vigilancia genómica de UPEC en muestras clínicas de Latinoamérica, en respuesta al creciente problema de salud pública representado por las ITU y su resistencia a los antimicrobianos.

Principales hallazgos. El estudio reveló una alta frecuencia de clones de alto riesgo, como ST131 y ST1193. Se identificaron mutaciones críticas en genes asociados con la resistencia a múltiples antibióticos, incluyendo fluoroquinolonas, betalactámicos y fosfomicina.

Implicancias. Los resultados destacan la urgente necesidad de fortalecer el monitoreo de UPEC en Latinoamérica. Rastrear cepas resistentes e implementar medidas que limiten su propagación, es crucial y tiene un impacto significativo en la eficacia de tratamientos disponibles.

MATERIALES Y MÉTODOS

Diseño de estudio

Se realizó un estudio descriptivo. La población de estudio corresponde a 143 aislados de UPEC de Latinoamérica. De estos, 127 corresponden a genomas provenientes de la base de datos pública del NCBI y 16 de pacientes ambulatorios con diagnóstico clínico compatible con infección del tracto urinario (ITU) en hospitales del Perú (figura 1).

Figura 1. Diagrama de flujo sobre búsqueda de secuencias genómicas de E. coli uropatógenas (UPEC) en la base de datos del NCBI Isolates Browser en Latinoamérica y genomas provenientes de aislados de pacientes con ITU en Perú. Se incluyeron 127 genomas de Latinoamérica provenientes de NCBI y se complementaron con 16 recolectados de hospitales del Perú, con un total de 143 genomas de UPEC disponibles para el análisis.

Figura 1

NCBI: National Center for Biotechnology Information, LATAM: Latinoamérica, UPEC: E. coli uropatógena, ITU: infección del tracto urinario.

Secuenciación genómica de aislados de UPEC en Perú

Se analizaron cepas de E. coli previamente caracterizadas fenotípicamente recolectadas de pacientes con ITU en Perú en 8 hospitales durante 2018-2019 18. El ADN total se extrajo a partir de 5 ml de cultivo líquido en medio TSB, utilizando el kit Thermo GeneJet Genomic DNA Purification Kit (Thermo Scientific) en un volumen final de 100 µl. La cuantificación del ADN se realizó con el fluorómetro Qubit 4 y el kit dsDNA HS (Thermo Scientific). A partir de los 200 aislados originales, se seleccionaron 48 para secuenciación mediante un muestreo estratificado, priorizando la diversidad en perfiles de resistencia antimicrobiana y la representatividad geográfica de los sitios de recolección (figura 1). Las librerías genómicas se prepararon con el kit NexteraXT (Illumina) y se secuenciaron en un instrumento Illumina MiSeq de la UPCH, utilizando kits MiSeq v2 de 500 ciclos. Las secuencias crudas obtenidas del secuenciamiento (formato Fastq) fueron sometidas a un control de calidad utilizando FastQC v0.12.1 (https://github.com/s-andrews/FastQC). Posteriormente, se empleó el programa fastp v0.23.4 (https://github.com/OpenGene/fastp) para eliminar adaptadores y secuencias de baja calidad (Q<30 y longitud <50 bp), generando archivos R1 y R2 pareados. Finalmente, los reads procesados se ensamblaron de novo utilizando parámetros por defecto con SPAdes v3.15.2 (https://github.com/ablab/spades). La calidad de los genomas ensamblados se evaluó con la herramienta QUAST v5.2.0 (https://github.com/ablab/quast) (figura 2). Los fastq y fasta se depositaron en el siguiente BioProject: PRJNA1153025.

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Figura 2. Flujograma del análisis bioinformático y filogenético. Se ensamblaron los reads provenientes de pacientes aislados de pacientes de hospitales en Perú y se procesaron en conjunto con los genomas provenientes de NCBI mediante herramientas de tipificación y de filogenia

Genomas públicos de UPEC en Latinoamérica

Se descargaron genomas ensamblados en formato Fasta desde el NCBI Isolates Browser (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pathogens/isolates/), junto con la metadata asociada, que incluía información relevante como el código identificador del aislado, el código de ensamblaje, el año de obtención y el país de origen. Los criterios de selección en la búsqueda incluyeron el grupo taxonómico (taxgroup_name) «E. coli and Shigella»; el tipo de aislado (epi_type) «clinical»; la fuente del aislado (isolation_source) «urine»; el hospedero (host) «Homo sapiens» y la ubicación geográfica (geo_loc_name) limitada a «Paraguay», Argentina, Colombia, Brasil, Chile, Perú, México, Bolivia, Costa Rica, Cuba, Ecuador, El Salvador, Guatemala, Haití, Honduras, Nicaragua, Panamá, República Dominicana, Uruguay y Venezuela, en el periodo comprendido entre 2016 y 2024. En total, 325 genomas públicos cumplieron con estos criterios (figura 1).

Refinamiento de selección de los genomas de UPEC

Para confirmar que los aislados de E. coli correspondían al tipo UPEC, se incluyeron aquellos genomas que poseían tres o más de los factores de virulencia propuestos por Spurbeck et al. 3chuA, vat, fyuA y yfcV, lo que indica un perfil genético consistente con UPEC. Además, se aplicaron filtros de calidad, requiriendo que las secuencias tuvieran una longitud entre 4,5 y 5,5 millones de pares de bases (Mb), y se excluyeron aquellos genomas que presentaban bases ambiguas. Después de aplicar estos filtros, el número final de genomas públicos considerados fue de 127, a los que se sumaron 16 genomas de UPEC generados en este estudio, resultando en un total de 143 genomas analizados (figura 1).

Clasificación, identificación de genes y análisis filogenético

Para identificar el serotipo de los aislados, se utilizó la herramienta ABRicate v1.0.1 (https://github.com/tseemann/abricate) con la base de datos EcOH. Los secuenciotipos (ST) se determinaron según el esquema ecoli_achtman_4, derivado de siete genes marcadores, utilizando el programa MLST v2.23.0 (https://github.com/tseemann/mlst). La identificación de genes de resistencia antimicrobiana y mutaciones se realizó con AMRFinderPlus v3.12.8 (https://github.com/ncbi/amr, base de datos 2024-05-02.2). Los genes de virulencia fueron identificados con VirulenceFinder v2.0.5 (base de datos 2022-12-02) disponible en el servidor del Center for Genomic Epidemiology (CGE) (https://cge.food.dtu.dk/services/VirulenceFinder/). Además, el filogrupo se identificó según el esquema de Clermont utilizando EzClermont v0.7.0 (https://github.com/nickp60/EzClermont). Todos los análisis emplearon un umbral de corte del 90% para cobertura e identidad. Los genomas ensamblados se anotaron utilizando Bakta v1.6.1 (https://github.com/oschwengers/bakta) y se realizó un alineamiento del core genome con Panaroo v1.2.10 (https://github.com/gtonkinhill/panaroo). Posteriormente, se determinó el mejor modelo para la elaboración del árbol filogenético mediante ModelTest-NG v0.1.7 (https://github.com/ddarriba/modeltest). Finalmente, se construyó el árbol utilizando el modelo GTR+I+G4 y realizando 100 réplicas de bootstrap con RAxML-NG v1.2.0 (https://github.com/amkozlov/raxml-ng). Se usó un genoma de Escherichia fergusonii (CP083638.1) para enraizar el árbol. La anotación y visualización del árbol se realizaron con iTOL v6 (https://itol.embl.de/) (figura 2).

Consideraciones éticas

El estudio fue evaluado y aprobado por el Comité de Ética de la Universidad Peruana Unión (N2019-CEUPeU-0001) y por la Comité Institucional de Ética en Investigación (CIEI) de la Universidad Peruana Cayetano Heredia (SIDISI N°214524 y N°214927). Se trabajó únicamente con aislados bacterianos, sin incluir ni analizar información personal o clínica de los pacientes.

RESULTADOS

Se analizaron 143 aislados de UPEC de seis países de Latinoamérica: Paraguay (39,2%), Brasil (32,9%), Perú (11,2%), Colombia (8,4%), Argentina (6,3%) y México (2,1%) (figura 3). La distribución temporal de los aislados fue la siguiente: 2018 (9,8%), 2019 (6,3%), 2020 (8,4%), 2021 (30,1%), 2022 (44,1%) y 2023 (1,4%). Los secuenciotipos más frecuentes de UPEC en Latinoamérica fueron ST131 (42,7%), ST1193 (13,3%), ST648 (8,4%) y ST998 (3,5%). En Perú, los secuenciotipos predominantes fueron ST131 (43.8%) y ST1193 (37,5%); en Brasil, ST131 (40,4%), ST648 (14,9%) y ST127 (10,6%); en Paraguay, ST131 (39,2%), ST1193 (12,5%) y ST73 (7,5%); en Argentina, ST131 (33,3%) y ST1193 (33,3%); en Colombia, ST131 (66,7%) y ST648 (16,7%); y en México no se identificaron clones destacados (figura 3). El serotipo más frecuente fue O25:H4 (43,4%), seguido por O75:H5 (11,2%), O1:H6 (6,3%) y O2:H6 (3,5%). El filogrupo Clermont B2 fue predominante en este set de datos (83,2%), seguido por los filogrupos F (15,4%) y G (1,4%).

Figura 3. Distribución geográfica de clones de E. coli uropatógenas (UPEC) en Latinoamérica.

Figura 3

Entre los genes de resistencia antimicrobiana (RAM), las betalactamasas más frecuentes fueron blaTEM-1 (40,0%), blaCTX-M-15 (32,2%), blaCTX-M-27 (9,1%), blaKPC-2 (4,9%), blaNDM-1 (2,1%) y blaKPC (0,7%). Los genes asociados a la resistencia a aminoglucósidos más comunes fueron aph(6)-Id (35,0%), aph(3’’)-Ib (33,6%), aadA5 (31,5%), aac(6’)-Ib-cr5 (22,4%) y aac(3)-IIe (16,8%). Entre los genes relacionados con bombas de eflujo, emrD estuvo presente en todos los aislados (100%), seguido por acrF (93,0%) y mdtM (60,8%). Además, destacaron otros genes como mphA (43,4%), asociado con resistencia a macrólidos; sul1 (45,5%) y sul2 (37,1%), asociados a la resistencia a sulfonamidas; tetA (39,9%) y tetB (16,8%), relacionados con la resistencia a tetraciclina; y dfrA17 (36,4%), asociado a la resistencia a trimetoprima.

Se observaron mutaciones no sinónimas asociadas a RAM en el 69,9% de los aislados de UPEC, presentando al menos una mutación en el gen gyrA, relacionado con la resistencia a fluoroquinolonas. El 67,8% de los aislados presentaron mutaciones dobles en los aminoácidos Ser-83 y Asp-87 de gyrA. En el gen parC, también asociado a la resistencia a fluoroquinolonas, el 69.2% presentó al menos una mutación, mientras que el 46,9% presentó mutaciones dobles en combinaciones entre los aminoácidos Ala-108, Ala-56, Glu-84, Ser-57 o Ser-80. Respecto al gen pmrB, el 79,0% de los aislados tuvo al menos una mutación relacionada con la resistencia a colistina, y el 1,4% presentó mutaciones dobles entre los aminoácidos Glu-123, Pro-94, Val-161 o Tyr-358. Otros genes asociados a resistencia presentaron mutaciones únicas: el 86.0% de los aislados presentó mutación en el gen glpT (Glu-448), el 69,2% en uhpT (Glu-350), el 46,2% en ptsI (Val-35) y el 16.8% en cyaA (Ser-352), todas asociadas a la resistencia a fosfomicina. El 72,0% presentó mutaciones en parE, que confiere resistencia a fluoroquinolonas, frecuentemente en los aminoácidos Ile-529 (46,2%) y Leu-416 (13,3%). La mutación en marR (Ser-3), asociada con multidrogoresistencia a penicilinas, fenicoles, quinolonas, rifamicinas, tetraciclinas, se identificó en el 24,5% de los aislados.

Se identificaron patrones de coincidencia entre secuenciotipo, serotipo y mutaciones puntuales asociadas a RAM en los 143 genomas analizados (tabla 1). El patrón más frecuente incluye al ST131 con el serotipo O25:H4 (35,7%), seguido por ST1193 con el serotipo O75:H5 (11,1%). En los tres patrones más frecuentes se encuentran las mutaciones puntuales gyrA (D87N), gyrA (S83L), parC (S80I), todas relacionadas con la resistencia a fluoroquinolonas. Sin embargo, en el patrón 1 también se encontraron glpT (E448K), parC (E84V), parE (I529L), pmrB (E123D), ptsI (V25I), uhpT (E350Q); en el patrón 2, marR (S3N), parE (L416F), pmrB (E123D), uhpT (E350Q); y en el patrón 3, cyaA (S352T), glpT (E448K), parE (S458A). Asimismo, los patrones 2 y 4 presentaron mutaciones asociadas con el mayor número de clases de antibióticos (siete clases) debido a la presencia del gen MDR marR. Además, los patrones 1, 2 y 4 fueron más frecuentes en los aislados provenientes de Paraguay, y el patrón 3 en los aislados de Brasil (tabla 1).

Tabla 1. Predicción in silico de serotipo, secuenciotipo y mutaciones puntuales asociadas a resistencia en genomas de E. coli uropatógenas (UPEC), 2018-2023 (n=143).

Número de patrón Secuenciotipo Serotipo Mutaciones asociadas a resistencia antimicrobiana Clases de antibióticos Número de aislados de UPEC (%) Países (n)
1 131 O25:H4 glpT(E448K), gyrA(D87N), gyrA(S83L), parC(E84V), parC(S80I), parE(I529L), pmrB(E123D), ptsI(V25I), uhpT(E350Q) 3 51 (35,7) Paraguay (19) Brasil (16) Colombia (8) Perú (6) Argentina (1) México (1)
2 1193 O75:H5 gyrA(D87N), gyrA(S83L), marR(S3N), parC(S80I), parE(L416F), pmrB(E123D), uhpT(E350Q) 7 16 (11,1) Paraguay (7) Perú (6) Argentina (2) Brasil (1)
3 648 O1:H6 cyaA(S352T), glpT(E448K), gyrA(D87N), gyrA(S83L), parC(S80I), parE(S458A) 2 7 (4,9) Brasil (4) Argentina (1) Colombia (1) Paraguay (1)
4 998 O2:H6 glpT(E448K), marR(S3N), pmrB(E123D) 7 5 (3,5) Paraguay (3) Argentina (1) Brasil (1)

En el análisis filogenético se identificaron dos clados principales según la clasificación Clermont: F y G/B2 (figura 4). El segundo clado es más extenso y está dividido en un subclado para el grupo G y dos grandes subclados para B2. Se observa que los clones ST131, ST1193, ST998 y ST127 se encuentran restringidos al filogrupo B2, mientras que ST648 y ST354 al filogrupo F, y ST117 al filogrupo G. Los serotipos O25:H4, O75:H5 y O2:H6 están restringidos al filogrupo B2, mientras que O1:H6 y O45:H6 al filogrupo F. Cabe destacar que todos los aislados pertenecientes al ST1193 presentan doble mutación en el gen gyrA y la mayoría de aislados pertenecientes al ST113 presentan doble mutación en los genes gyrA y parC simultáneamente.

Figura 4. Árbol filogenético de 143 aislados de E. coli uropatógenas (UPEC) de Latinoamérica durante 2018 y 2023.

Figura 4

BTL: betalactamasas, AMG: aminoglucósidos, EF: eflujo, M: macrólidos, S: sulfonamidas, T: tetraciclina, TR: trimeptropim, FQN: fluoroquinolonas, C: colistina, FOS: fosfomicina

DISCUSIÓN

En este estudio se analizaron 143 genomas de UPEC provenientes de seis países de Latinoamérica, con predominio de aislados de Paraguay y Brasil. Se identificó una alta frecuencia del clon ST131 (42,7%), principalmente relacionado al serotipo O25:H4 y al filogrupo B2, seguido por ST1193 y ST648. Se observaron patrones entre clon, serotipo y mutación consistentes, con presencia frecuente de combinaciones de resistencia a fluoroquinolonas y fosfomicina. El análisis filogenético reveló la agrupación de los clones dominantes dentro del filogrupo B2, mientras que otros como ST648 se restringieron al filogrupo F, lo que evidencia la diversidad genética y los posibles mecanismos de adaptación regional de UPEC en Latinoamérica.

Durante el período 2018-2023, el clon ST131 se identificó en un 42,7% de los genomas UPEC analizados. En comparación, un estudio realizado en Arabia Saudita en 2020 reportó una prevalencia del 61,7% 19. ST131 es conocido por ser una cepa pandémica de alto riesgo y multidrogoresistente (MDR), siendo una de las principales causas de ITU y bacteriemias difíciles de tratar. Este clon presenta plásmidos que codifican genes de resistencia y virulencia adicionales, facilitando su diseminación en entornos comunitarios y hospitalarios 20. El clon emergente ST1193, también pandémico y MDR, también ha sido identificado como causa de ITU y bacteriemias 17. En nuestro estudio, el 13,3% de los aislados de la región corresponden a ST1193, y en Perú se identificó en el 37,5% de los casos. Ello es mayor al 6% reportado en España en una recolección de UPEC en mujeres de centros de atención primaria 21.

El grupo filogenético B2, reconocido como el más virulento y con alta prevalencia en mamíferos, está asociado con infecciones extraintestinales persistentes 22. En nuestro estudio, el 83,2% de los aislados pertenecen al grupo B2, destacándose los clones ST131 con serotipo O25. Un estudio en Irak identificó que el 33,9% de UPEC pertenecían al filogrupo B2, de los cuales el 92,1% corresponden al ST131 y el 97,1% eran del serotipo O25 15. El linaje O25-B2-ST131 es considerado hipervirulento, MDR y productor de BLEE, lo que subraya la necesidad de implementar medidas de control para limitar su propagación 23. De manera similar, un reporte en Arabia Saudita identificó una prevalencia del 61,7% para el filogrupo B2, y que el 100% de los clones ST131 pertenecían a este grupo, resultado consistente con nuestro estudio 19. En contraste, un estudio previo en Perú no identificó los filogrupos F y G entre los aislados de UPEC 24.

En cuanto a las betalactamasas, nuestro estudio destaca la presencia de los genes blaCTX-M-15 (32,2%) y blaCTX-M-27 (9,1%). Estos resultados difieren de un estudio previo realizado en Perú, que utilizó PCR convencional y reportó una frecuencia del 18% para el gen blaCTX, con una distribución diferente donde predominaron blaCTX-M-1 (72,4%) y blaCTX-M-9 (25,9%) 8. Estos hallazgos subrayan la importancia de reportar alelos específicos de betalactamasas para comprender mejor su distribución e impacto en la resistencia antimicrobiana.

En relación con los genes asociados con bombas de eflujo, observamos que el 100% de los genomas analizados contenían el gen emrD y el 93,0% el gen acrF, los cuales desempeñan un rol fundamental en la resistencia a múltiples familias de antibióticos mediante la regulación transcripcional 13. Estos hallazgos son similares a los reportados en un estudio de UPEC en Irak, donde se encontró una prevalencia del 100% para emrD y del 66% para acrF25. Además, el gen tetA (39,9%) destacó en la resistencia a tetraciclinas, mientras que sul1 mostró una prevalencia del 45,5% en la resistencia a sulfonamidas. En contraste, un estudio en Irán reportó que los genes tetB (66,7%) y sul1 (45,5%) fueron los más prevalentes 26, lo que podría atribuirse a diferencias geográficas y al uso de técnicas moleculares para la identificación de los genes.

Las mutaciones puntuales (SNPs) también desempeñan un papel crucial en la RAM. En Irán, se encontró que el 91,2% de cepas con dobles mutaciones en gyrA (codón 83 y 106) fueron resistentes a fluoroquinolonas, con cifras de concentración inhibitoria mínima (CIM) de hasta 256 µg/mL 10. En nuestro estudio, el 69,9% de los aislados presentaron mutaciones en el gen gyrA, y el 67,8% presentaron mutaciones dobles (codón 83 y 87). Además, todos los aislados ST1193 tenían mutaciones dobles en gyrA, lo que coincide con un estudio realizado en Estados Unidos que indica que este clon es resistente a fluoroquinolonas 27. Se puede observar que en nuestro estudio la frecuencia de mutaciones dobles es superior al resto de las regiones, lo que podría ser consecuencia del uso no regulado de antibióticos en Latinoamérica.

Las mutaciones en pmrB, que afectan al sistema PmrAB de respuesta al estrés en enterobacterias, se asocian con cambios en el lipopolisacárido (LPS), reduciendo así la eficacia de la colistina en aislados de E. coli negativos para mcr. Este efecto se manifiesta como una elevación significativa de la CIM a 8 o 16 µg/mL 12. Aunque la colistina no se recomienda como tratamiento para ITU en la región, se ha observado un aumento en la detección de cepas resistentes en pacientes con ITU en la última década 28.

Entre las limitaciones de este estudio, se debe considerar el reducido número de genomas de E. coli analizados, provenientes de seis países de Latinoamérica, lo cual podría no reflejar la diversidad real de UPEC en la región. Los años de aislamiento no son homogéneos entre países, lo que podría influir en la representatividad genómica observada. Además, no todos los genomas disponibles en la base de datos del NCBI son de UPEC, a pesar de estar clasificados como ITU por los autores. Por último, aunque las herramientas bioinformáticas empleadas son robustas y frecuentemente utilizadas en estudios genómicos de RAM, estas se actualizan constantemente y podrían no detectar mutaciones en genes de resistencia que tengan relevancia clínica en el futuro.

Una de las principales fortalezas de este estudio radica en la utilización de una definición funcional basada en genes de virulencia para clasificar UPEC, lo que proporciona una base sólida para futuras investigaciones. Este enfoque no solo sienta las bases para la aplicación de diseños epidemiológicos más robustos, sino que, combinado con herramientas moleculares, permitirá un seguimiento a largo plazo, con un muestreo más amplio y sistemático en diversas regiones y períodos. De esta manera, se logrará una comprensión más profunda de la evolución de la resistencia antimicrobiana y la dinámica de las infecciones por UPEC, permitiendo estrategias más efectivas para su control y prevención.

En conclusión, este estudio identificó una alta frecuencia de clones de E. coli uropatógena de alto riesgo como ST131 y ST1193, junto con una elevada frecuencia de mutaciones en genes asociados con la resistencia a múltiples antimicrobianos. Estos hallazgos subrayan la importancia de estos clones en la epidemiología de las ITU como un riesgo para la salud pública. Por lo cual, se deben mejorar los esquemas empíricos de tratamiento de ITU y fortalecer las políticas de control de resistencia antimicrobiana. Además, los patrones encontrados sugieren una posible diseminación clonal entre países, lo que resalta la necesidad de esfuerzos coordinados de vigilancia genómica a nivel regional.

Agradecimientos

Al Dr. Roger Albornoz Esteban y Dr. Luis Felipe Segura Chavez de la Escuela de Medicina de la Universidad Peruana Unión por la gestión administrativa para el desarrollo de este trabajo. A los miembros del Laboratorio de Genómica Microbiana de la Universidad Peruana Cayetano Heredia por su apoyo en el análisis e interpretación de esos resultados.

Biographies

Biólogo, bachiller en Ciencias

Tecnólogo médico, licenciado en Tecnología Médica de Laboratorio Clínico y Anatomía Patológica

Tecnólogo médico, licenciado en Tecnología Médica de Laboratorio Clínico y Anatomía Patológica

Biólogo, bachiller en Ciencias

licenciada en Enfermería

Tecnólogo médico, licenciado en Tecnología Médica de Laboratorio Clínico y Anatomía Patológica

Biólogo, bachiller en Ciencias

Biólogo, bachiller en Ciencias

Tecnólogo médico, licenciado en Tecnología Médica de Laboratorio Clínico y Anatomía Patológica

Biólogo, bachiller en Ciencias

Biólogo, bachiller en Ciencias

Técnico en laboratorio

Tecnólogo médico, licenciado en Tecnología Médica de Laboratorio Clínico y Anatomía Patológica

Técnico en laboratorio

Biólogo, bachiller en Ciencias

Médico veterinario, doctor en Ciencias de la Vida

Biólogo, doctor en Microbiología

Biólogo, magíster en Biología Molecular

Financiamiento.: El trabajo fue posible gracias al apoyo proporcionado por la Escuela Profesional de Medicina Humana de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad Peruana Unión (Resolución No 0935-2018-UPEU-FCS-CF), Lima-Perú. DC, AMV y PT están respaldados por una subvención de formación D43 TW007393 otorgada a la UPCH por el Fogarty International Center de los Institutos Nacionales de Salud de los EE. UU.

Material suplementario.
Disponible en la versión electrónica de la RPMESP.

Citar como: Caballero F, Martinez-Ventura A, Cuicapuza D, Fajardo-Loyola A, Gutierrez-Ajalcriña R, Soto-Pastrana J, et al. Diversidad genómica de Escherichia coli uropatógena en aislados clínicos de seis países de Latinoamérica, 2018-2023. Rev Peru Med Exp Salud Publica. 2025;42(2):156-65. doi: https://doi.org/10.17843/rpmesp.2025.422.14299.

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