Sviluppo del sequenziamento metagenomico di tipo “sweep” per il monitoraggio a livello di ceppo della colonizzazione da Candida spp. nei pazienti ricoverati durante la prima ondata della pandemia di COVID-19

Candida spp. are commensal fungi commonly present in the human microbiota that can cause opportunistic infections under conditions of immune suppression or disruption of host–microbiome homeostasis, leading to candidiasis (Lass-Flörl et al., 2024). High-resolution characterization of Candida populations in clinical samples remains challenging due to the presence of mixed communities and low-frequency variants. Metagenomic sweep approaches combined with deep sequencing after culture enrichment allow the recovery of microbial diversity within samples and enable strain-level resolution (Maklin et al., 2021). In this study, 601 rectal, nasal, and respiratory samples collected from hospitalized patients at San Matteo Hospital (Pavia) between April and May 2020 were analysed. A reference-based hierarchical approach was used to characterize Candida species diversity and resolve population structure at strain level. Candida albicans, Candida parapsilosis, and Candida glabrata were the most frequently detected species across all sample types. C. albicans showed broad, multi-site distribution with no dominant clone, and C. glabrata was largely confined to rectal samples, reflecting its gastrointestinal niche. Contrary, C. parapsilosis, showed a highly skewed structure dominated by a single cluster (C3), accounting for approximately 90–95% of detections across all sample types and both ICU and ordinary wards. Phylogenetic analysis comparing colonizing isolates with previously described candidemia-causing isolates from the same hospital (2018-2020) indicated that they belong to the same genomic lineage, confirming the persistence of an azole-resistant clone causing both colonization and infection. Overall, this work provides a genomic overview of Candida populations circulating in hospital settings during the COVID-19 pandemic, highlighting the persistence of a dominant C. parapsilosis lineage associated with both colonization and candidemia cases. Furthermore, the results obtained highlight the ability of the metagenomic sweep approach to capture the fungal diversity in the clinical samples while maintaining sufficient resolution to infer strain-level and clonal population structure.

Le specie di Candida sono funghi commensali comunemente presenti nel microbiota umano che possono causare infezioni opportunistiche in condizioni di immunosoppressione o di alterazione dell'omeostasi ospite-microbioma, portando alla candidosi (Lass-Flörl et al., 2024). La caratterizzazione ad alta risoluzione delle popolazioni di Candida nei campioni clinici rimane difficile a causa della presenza di comunità miste e di varianti a bassa frequenza. Gli approcci di metagenomica sweep combinati con il sequenziamento ad alta profondità dopo arricchimento in coltura consentono la caratterizzazione della diversità microbica all'interno di campioni clinici e permettono una risoluzione a livello di ceppo (Maklin et al., 2021). In questo studio sono stati analizzati 601 campioni rettali, nasali e respiratori prelevati da pazienti ricoverati presso l’Ospedale San Matteo (Pavia) tra aprile e maggio 2020. È stato utilizzato un approccio gerarchico basato su riferimenti per caratterizzare la diversità delle specie di Candida e determinare la struttura della popolazione a livello di ceppo. Candida albicans, Candida parapsilosis e Candida glabrata sono state le specie rilevate più frequentemente in tutti i tipi di campioni. C. albicans ha mostrato un'ampia distribuzione in più siti senza un clone dominante, mentre C. glabrata era in gran parte presente nei campioni rettali, risultato che riflette la sua nicchia gastrointestinale. Al contrario, C. parapsilosis ha mostrato una struttura di popolazione peculiare dominata da un unico cluster (C3), che rappresentava circa il 90–95% dei rilevamenti in tutti i tipi di campioni, sia in terapia intensiva che nei reparti ordinari. L'analisi filogenetica che ha confrontato gli isolati colonizzanti con isolati causanti candidemia precedentemente descritti provenienti dallo stesso ospedale (2018-2020) ha indicato che essi appartengono tutti allo stesso lignaggio genomico, confermando la persistenza di un clone resistente agli azoli sia in contesti di colonizzazione che di infezione. Nel complesso, questo studio offre una panoramica genomica delle popolazioni di Candida presenti in ambito ospedaliero durante la pandemia di COVID-19, evidenziando la persistenza di un ceppo dominante di C. parapsilosis associato sia a casi di colonizzazione che a casi di candidemia. Infine, ma non meno importante, i risultati ottenuti mettono in luce la capacità dell'approccio metagnomico “sweep” di cogliere la diversità microbica nei campioni clinici anche per quanto riguarda i funghi, mantenendo al contempo una risoluzione sufficiente per dedurre la struttura delle popolazioni a livello di ceppo e clonale.