IS903B-mediated cirA inactivation confers cefiderocol resistance and adaptive fitness in carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae.

چکیده اصلی

Cefiderocol (FDC) is a last-resort antimicrobial for the treatment of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (CRKP). Although cirA inactivation is a recognized mechanism of FDC resistance, whether different forms of cirA disruption influence bacterial adaptation and persistence remains unclear. By analyzing 1,965 publicly available long-read genomes and 480 clinical isolates, we found that cirA loss-of-function mutations were rare (1.1%) but accumulated over time among isolates from China, with four independently emerged cirA-inactivated ST11 isolates identified across distinct phylogenetic branches. Functional characterization of a representative ST11-KL64 clinical isolate showed that IS903B-mediated cirA inactivation conferred high-level FDC resistance (minimum inhibitory concentration, 128 μg/mL), which was reversed by cirA complementation. Functional assays further demonstrated that, unlike complete cirA deletion, IS903B-mediated cirA inactivation enhanced bacterial adaptation under iron-limited conditions, including competitive fitness, plasmid stability, and host-associated survival. Transcriptomic, enzymatic, and genetic analyses supported distinct Fe-S-associated metabolic remodelling in cirA::IS903B, while deletion of sufS attenuated these adaptive phenotypes. Construction of cirA::IS903B derivatives in multiple independent ST11 clinical isolates reproduced these adaptive phenotypes across diverse genetic backgrounds. Together, these findings demonstrate that IS903B-mediated cirA inactivation not only confers high-level FDC resistance but also promotes bacterial adaptation through mechanisms distinct from complete cirA deletion. The combination of resistance, enhanced adaptation, and increased plasmid stability suggests that specific resistance-associated cirA mutations may facilitate the persistence and dissemination of high-risk CRKP clones. Monitoring cirA integrity and IS insertion status may help identify FDC-resistant lineages with increased dissemination potential.

ترجمه فارسی چکیده

سیدفرول (FDC) یک آنتی‌میکروبیال آخرین راه برای درمان کلبسیلا پنومونیای مقاوم به کرباپنم (CRKP) است. در حالی که درactivation cirA یک مکانیسم شناخته شده مقاومت به FDC است، اینکه آیا اشکال مختلف درactivation cirA بر سازگاری و ماندگاری باکتری تأثیر می‌گذارد، روشن نیست. با تحلیل 1,965 ژنوم طولانی موجود عمومیاً و 48 ایزولات بالینی، ما یافتیم که جهش‌های از دست دادن عملکرد cirA نادر (1.1%) بود اما در ایزولات‌های چینی با گذشت زمان تجمع یافت. چهار ایزولات ST11 با cirA-inactivated که به طور مستقل ظاهر شدند، در شاخه‌های فیلوژنتیک متفاوت شناسایی شدند. کاراکترسازی عملکردی یک ایزولات بالینی نمونه ST11-KL64 نشان داد که IS903B-mediated cirA inactivation مقاومت سطح بالا به FDC (MIC 128 μg/mL) را ایجاد کرد که با cirA complementation معکوس شد. آزمون‌های عملکردی نشان دادند که برخلاف حذف کامل cirA، IS903B-mediated cirA inactivation سازگاری باکتری را تحت شرایط محدود آهن تقویت کرد. تحلیل‌های ترنسکریپتومیک، آنزیمی و ژنتیکی نشان دادند که cirA::IS903B یک بازسازی متابولیک Fe-S متفاوت را پشتیبانی می‌کند. حذف sufS این پدیده‌های سازگاری را کاهش داد. ساخت مشتقات cirA::IS903B در چندین ایزولات بالینی ST11، این پدیده‌های سازگاری را در پس‌زمینه‌های ژنتیکی متنوع بازتولید کرد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که IS903B-mediated cirA inactivation علاوه بر ایجاد مقاومت سطح بالا به FDC، سازگاری باکتری را از طریق مکانیسم‌های متفاوت از حذف کامل cirA تقویت می‌کند.

متن کامل اصلی