Colistin Resistance in Escherichia coli and Salmonella enterica Strains Isolated from Swine in Brazil

Reports about acquired resistance to colistin in different bacteria species are increasing, including E. coli of animal origin, but reports of resistance in wild S. enterica of different serotypes from swine are not found in the literature. Results obtained with one hundred and twenty-six E. coli strains from diseased swine and one hundred and twenty-four S. enterica strains from diseased and carrier swine showed a frequency of 6.3% and 21% of colistin-resistant strains, respectively. When comparing the disk diffusion test with the agar dilution test to evaluate the strains, it was confirmed that the disk diffusion test is not recommended to evaluate colistin resistance as described previously. The colistin MIC 90 and MIC 50 values obtained to E. coli were 0.25 mu g/mL and 0.5 mu g/mL, the MIC 90 and MIC 50 to S. enterica were 1 mu g/mL and 8 mu g/mL. Considering the importance of colistin in control of nosocomial human infections with Gram-negative multiresistant bacteria, and the large use of this drug in animal production, the colistin resistance prevalence in enterobacteriaceae of animal origin must be monitored more closely.

Down-regulation of porin M35 in Moraxella catarrhalis by aminopenicillins and environmental factors and its potential contribution to the mechanism of resistance to aminopenicillins

The outer membrane protein M35 of Moraxella catarrhalis is an antigenically conserved porin. Knocking out M35 significantly increases the MICs of aminopenicillins. The aim of this study was to determine the biological mechanism of this potentially new antimicrobial resistance mechanism of M. catarrhalis and the behaviour of M35 in general stress situations.

Antimicrobial use in Swiss dairy farms: quantification and evaluation of data quality

Data on antimicrobial use play a key role in the development of policies for the containment of antimicrobial resistance. On-farm data could provide a detailed overview of the antimicrobial use, but technical and methodological aspects of data collection and interpretation, as well as data quality need to be further assessed. The aims of this study were (1) to quantify antimicrobial use in the study population using different units of measurement and contrast the results obtained, (2) to evaluate data quality of farm records on antimicrobial use, and (3) to compare data quality of different recording systems. During 1 year, data on antimicrobial use were collected from 97 dairy farms. Antimicrobial consumption was quantified using: (1) the incidence density of antimicrobial treatments; (2) the weight of active substance; (3) the used daily dose and (4) the used course dose for antimicrobials for intestinal, intrauterine and systemic use; and (5) the used unit dose, for antimicrobials for intramammary use. Data quality was evaluated by describing completeness and accuracy of the recorded information, and by comparing farmers' and veterinarians' records. Relative consumption of antimicrobials depended on the unit of measurement: used doses reflected the treatment intensity better than weight of active substance. The use of antimicrobials classified as high priority was low, although under- and overdosing were frequently observed. Electronic recording systems allowed better traceability of the animals treated. Recording drug name or dosage often resulted in incomplete or inaccurate information. Veterinarians tended to record more drugs than farmers. The integration of veterinarian and farm data would improve data quality.

[Antibiotic resistance: infections of the upper respiratory tract and bronchi. When are antibiotics necessary?]

Antimicrobial resistance among respiratory tract pathogens has become an increasing problem worldwide during the last 10-20 years. The wide use of antimicrobial agents in ambulatory practice has contributed to the emergence and spread of antibiotic-resistant bacteria in the community, namely Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae and Moraxella catarrhalis. The pneumococcus has developed resistance to most antibiotics used for its treatment. Classes with important resistance problems include the beta-lactams, the macrolides, the lincosamides, trimethoprim-sulfamethoxazole, and the tetracyclines. Unfortunately, resistance to more than one class of antibiotics is common. In Haemophilus influenzae and Moraxella catarrhalis, resistance to beta-lactam antibiotics is the main concern currently. It is important to know the local resistance pattern of the most common respiratory tract pathogens in order to make reasonable recommendations for an empirical therapy for respiratory tract infection, when antibiotic therapy is indeed indicated.

Microarray-based detection of 90 antibiotic resistance genes of gram-positive bacteria

A disposable microarray was developed for detection of up to 90 antibiotic resistance genes in gram-positive bacteria by hybridization. Each antibiotic resistance gene is represented by two specific oligonucleotides chosen from consensus sequences of gene families, except for nine genes for which only one specific oligonucleotide could be developed. A total of 137 oligonucleotides (26 to 33 nucleotides in length with similar physicochemical parameters) were spotted onto the microarray. The microarrays (ArrayTubes) were hybridized with 36 strains carrying specific antibiotic resistance genes that allowed testing of the sensitivity and specificity of 125 oligonucleotides. Among these were well-characterized multidrug-resistant strains of Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, and Lactococcus lactis and an avirulent strain of Bacillus anthracis harboring the broad-host-range resistance plasmid pRE25. Analysis of two multidrug-resistant field strains allowed the detection of 12 different antibiotic resistance genes in a Staphylococcus haemolyticus strain isolated from mastitis milk and 6 resistance genes in a Clostridium perfringens strain isolated from a calf. In both cases, the microarray genotyping corresponded to the phenotype of the strains. The ArrayTube platform presents the advantage of rapidly screening bacteria for the presence of antibiotic resistance genes known in gram-positive bacteria. This technology has a large potential for applications in basic research, food safety, and surveillance programs for antimicrobial resistance.

A novel universal DNA labeling and amplification system for rapid microarray-based detection of 117 antibiotic resistance genes in Gram-positive bacteria.

A rapid and simple DNA labeling system has been developed for disposable microarrays and has been validated for the detection of 117 antibiotic resistance genes abundant in Gram-positive bacteria. The DNA was fragmented and amplified using phi-29 polymerase and random primers with linkers. Labeling and further amplification were then performed by classic PCR amplification using biotinylated primers specific for the linkers. The microarray developed by Perreten et al. (Perreten, V., Vorlet-Fawer, L., Slickers, P., Ehricht, R., Kuhnert, P., Frey, J., 2005. Microarray-based detection of 90 antibiotic resistance genes of gram-positive bacteria. J.Clin.Microbiol. 43, 2291-2302.) was improved by additional oligonucleotides. A total of 244 oligonucleotides (26 to 37 nucleotide length and with similar melting temperatures) were spotted on the microarray, including genes conferring resistance to clinically important antibiotic classes like β-lactams, macrolides, aminoglycosides, glycopeptides and tetracyclines. Each antibiotic resistance gene is represented by at least 2 oligonucleotides designed from consensus sequences of gene families. The specificity of the oligonucleotides and the quality of the amplification and labeling were verified by analysis of a collection of 65 strains belonging to 24 species. Association between genotype and phenotype was verified for 6 antibiotics using 77 Staphylococcus strains belonging to different species and revealed 95% test specificity and a 93% predictive value of a positive test. The DNA labeling and amplification is independent of the species and of the target genes and could be used for different types of microarrays. This system has also the advantage to detect several genes within one bacterium at once, like in Staphylococcus aureus strain BM3318, in which up to 15 genes were detected. This new microarray-based detection system offers a large potential for applications in clinical diagnostic, basic research, food safety and surveillance programs for antimicrobial resistance.

Using Informatics and the Electronic Medical Record to Describe Antimicrobial Use in the Clinical Management of Diarrhea Cases at 12 Companion Animal Practices

Antimicrobial drugs may be used to treat diarrheal illness in companion animals. It is important to monitor antimicrobial use to better understand trends and patterns in antimicrobial resistance. There is no monitoring of antimicrobial use in companion animals in Canada. To explore how the use of electronic medical records could contribute to the ongoing, systematic collection of antimicrobial use data in companion animals, anonymized electronic medical records were extracted from 12 participating companion animal practices and warehoused at the University of Calgary. We used the pre-diagnostic, clinical features of diarrhea as the case definition in this study. Using text-mining technologies, cases of diarrhea were described by each of the following variables: diagnostic laboratory tests performed, the etiological diagnosis and antimicrobial therapies. The ability of the text miner to accurately describe the cases for each of the variables was evaluated. It could not reliably classify cases in terms of diagnostic tests or etiological diagnosis; a manual review of a random sample of 500 diarrhea cases determined that 88/500 (17.6%) of the target cases underwent diagnostic testing of which 36/88 (40.9%) had an etiological diagnosis. Text mining, compared to a human reviewer, could accurately identify cases that had been treated with antimicrobials with high sensitivity (92%, 95% confidence interval, 88.1%-95.4%) and specificity (85%, 95% confidence interval, 80.2%-89.1%). Overall, 7400/15,928 (46.5%) of pets presenting with diarrhea were treated with antimicrobials. Some temporal trends and patterns of the antimicrobial use are described. The results from this study suggest that informatics and the electronic medical records could be useful for monitoring trends in antimicrobial use.

The epidemiology of antibiotic resistance in hospitals: Paradoxes and prescriptions

A simple mathematical model of bacterial transmission within a hospital was used to study the effects of measures to control nosocomial transmission of bacteria and reduce antimicrobial resistance in nosocomial pathogens. The model predicts that: (i) Use of an antibiotic for which resistance is not yet present in a hospital will be positively associated at the individual level (odds ratio) with carriage of bacteria resistant to other antibiotics, but negatively associated at the population level (prevalence). Thus inferences from individual risk factors can yield misleading conclusions about the effect of antibiotic use on resistance to another antibiotic. (ii) Nonspecific interventions that reduce transmission of all bacteria within a hospital will disproportionately reduce the prevalence of colonization with resistant bacteria. (iii) Changes in the prevalence of resistance after a successful intervention will occur on a time scale of weeks to months, considerably faster than in community-acquired infections. Moreover, resistance can decline rapidly in a hospital even if it does not carry a fitness cost. The predictions of the model are compared with those of other models and published data. The implications for resistance control and study design are discussed, along with the limitations and assumptions of the model.

Host and Environmental Correlates of Multi-Drug Resistance in Kenyan Children with Acute Bacterial Diarrhea

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Resistance development in community-acquired strains of methicillin-resistant Staphylococcus aureus: an in vitro study

This study compares in vitro antimicrobial resistance development between strains of Staphylococcus aureus including newly described community-acquired methicillin-resistant strains (CA-MRSA). High-level resistance developed in all strains of S. aureus after exposure to rifampicin and gentamicin and in some strains after fusidic acid exposure, independent of methicillin resistance phenotype. Resistance did not develop after exposure to clindamycin, cotrimoxazole, ciprofloxacin, linezolid, or vancomycin. These results have important implications for therapy of CA-MRSA infections. (C) 2004 Elsevier B.V. and the International Society of Chemotherapy. All rights reserved.

Antibiotic resistance in the intensive care unit: A primer in bacteriology

The clinical use of potent, well-tolerated, broad-spectrum antibiotics has been paralleled by the development of resistance in bacteria, and the prevalence of highly resistant bacteria in some intensive care units is despairingly commonplace. The intensive care community faces the realistic prospect of untreatable nosocomial infections and should be searching for new approaches to diagnose and manage resistant bacteria. In this review, we discuss some of the relevant underlying biology, with a particular focus on genetic transfer vehicles and the relationship of selection pressure to their movements. It is an attempt to demystify the relevant language and concepts for the anaesthetist and intensivist, to explain some of the reasons for the emergence of resistance in bacteria, and to provide a contextual basis for discussion of management approaches such as selective decontamination and antibiotic cycling.

Identification of bla(CMY-7) and associated plasmid-mediated resistance genes in multidrug-resistant Escherichia coli isolated from dogs at a veterinary teaching hospital in Australia

Objectives: To determine clonality and identify plasmid-mediated resistance genes in 11 multidrug-resistant Escherichia coli (MDREC) isolates associated with opportunistic infections in hospitalized dogs in Australia. Methods: Phenotypic (MIC determinations, modified double-disc diffusion and isoelectric focusing) and genotypic methods (PFGE, plasmid analysis, PCR, sequencing, Southern hybridization, bacterial conjugation and transformation) were used to characterize, investigate the genetic relatedness of, and identify selected plasmid-mediated antimicrobial resistance genes, in the canine MDREC. Results: Canine MDRECs were divided into two clonal groups (CG 1 and 2) with distinct restriction endonuclease digestion and plasmid profiles. All isolates possessed bla(CMY-7) on an similar to 93 kb plasmid. In CG 1 isolates, bla(TEM), catA1 and class 1 integron-associated dfrA17-aadA5 genes were located on an similar to 170 kb plasmid. In CG 2 isolates, a second similar to 93 kb plasmid contained bla(TEM) and unidentified class 1 integron genes, although a single CG 2 strain carried dfrA5. Antimicrobial susceptibility profiling of E. coli K12 transformed with CG 2 large plasmids confirmed that the bla(CMY-7)-carrying plasmid did not carry any other antimicrobial resistance genes, whereas the bla(TEM)/class 1 integron-carrying plasmid carried genes conferring resistance to tetracycline and streptomycin also. Conclusions: This is the first report on the detection of plasmid-mediated bla(CMY-7) in animal isolates in Australia. MDREC isolated from extraintestinal infections in dogs may be an important reservoir of plasmid-mediated resistance genes.

Molecular characterization of extended-spectrum cephalosporin-resistance in Escherichia coli in pigs on-farm and from clinical cases throughout Quebec, Canada during 16 years

Le développement de la multirésistance chez Escherichia coli est un problème important en médecine animale et humaine. En outre, l’émergence et la diffusion des déterminants de résistance aux céphalosporines à larges spectres de troisième génération (ESCs) parmi les isolats, incluant des céphalosporines essentielles en médecine humaine (ex. ceftriaxone et ceftiofur), est un problème majeur de santé publique. Cette thèse visait trois objectifs. D’abord étudier la dynamique de la résistance aux antimicrobiens (AMR) ainsi que la virulence et les profils génétiques de la AMR des E. coli isolées de porcs recevant une nourriture post-sevrage supplémentée avec de la chlortétracycline et de la pénicilline G, et, accessoirement, évaluer les effets d'additifs alimentaires sur cette dynamique en prenant pour exemple d'étude un minéral argileux, la clinoptilolite, étant donné son possible lien avec le gène blaCMY-2 qui confère la résistance au ceftiofur. L'objectif suivant était d'investiguer les mécanismes menant à une augmentation de la prévalence du gène blaCMY-2 chez les porcs qui reçoivent de la nourriture médicamentée et qui n'ont pas été exposés au ceftiofur Ici encore,nous avons examiné les effets d’un supplément alimentaire avec un minéral argileux sur ce phénomène. Enfin, notre dernier objectif était d’étudier, dans le temps, les génotypes des isolats cliniques d'E. coli résistant au ceftiofur, isolés de porcs malades au Québec à partir du moment où la résistance au ceftiofur a été rapportée, soit de 1997 jusqu'à 2012. Dans l'étude initiale, la prévalence de la résistance à 10 agents antimicrobiens, incluant le ceftiofur, s’accroît avec le temps chez les E.coli isolées de porcelets sevrés. Une augmentation tardive de la fréquence du gène blaCMY-2, encodant pour la résistance au ceftiofur, et la présence des gènes de virulence iucD et tsh a été observée chez les isolats. La nourriture supplémentée avec de la clinoptilolite a été associée à une augmentation rapide mais, par la suite, à une diminution de la fréquence des gènes blaCMY-2 dans les isolats. En parallèle, une augmentation tardive dans la fréquence des gènes blaCMY-2 et des gènes de virulence iucD et tsh a été observée dans les isolats des porcs contrôles, étant significativement plus élevé que dans les porcs ayant reçu l'additif au jour 28. La diversité, au sein des E. coli positives pour blaCMY-2 , a été observée au regard des profils AMR. Certaines lignées clonales d'E.coli sont devenues prédominantes avec le temps. La lignée clonale du phylotype A prédominait dans le groupe supplémenté, alors que les lignées clonales du phylotype B1, qui possèdent souvent le gène de virulence iucD associé aux ExPEC, prédominaient dans le groupe contrôle. Les plasmides d'incompatibilité (Inc) des groupes, I1, A/C, et ColE, porteurs de blaCMY-2, ont été observés dans les transformants. Parmi les souches cliniques d'E.coli ESC-résistantes, isolées de porcs malades au Québec de 1997 à 2012, blaCMY-2 était le gène codant pour une β-lactamase le plus fréquemment détecté; suivi par blaTEM et blaCTX-M,. De plus, les analyses clonales montrent une grande diversité génétique. Par contre, des isolats d'E. coli avec des profils PFGE identiques ont été retrouvés dans de multiples fermes la même année mais aussi dans des années différentes. La résistance à la gentamicine, kanamycine, chloramphenicol, et la fréquence de blaTEM et de IncA/C diminuent significativement au cour de la période étudiée, alors que la fréquence de IncI1 et de la multirésistance à sept catégories d'agents antimicrobiens augmente significativement avec le temps. L'émergence d'isolats d'E. coli positifs pour blaCTX-M, une β-lactamase à large spectre et produisant des ESBL, a été observée en 2011 et 2012 à partir de lignées clonales distinctes et chez de nombreuses fermes. Ces résultats, mis ensemble, apportent des précisions sur la dissémination de la résistance au ceftiofur dans les E. coli isolées de porcs. Au sein des échantillons prélevés chez les porcs sevrés recevant l'alimentation médicamentée sur une ferme, et pour laquelle une augmentation de la résistance au ceftiofur a été observée, les données révèlent que les souches d'E. coli positives pour blaCMY-2 et résistantes aux ESCs appartenaient à plusieurs lignées clonales différentes arborant divers profils AMR. Le gène blaCMY-2 se répand à la fois horizontalement et clonalement chez ces E. coli. L'ajout de clinoptilotite à la nourriture et le temps après le sevrage influencent la clonalité et la prévalence du gène blaCMY-2 dans les E. coli. Durant les 16 années d'étude, plusieurs lignées clonales différentes ont été observées parmi les souches d'E. coli résistantes au ceftiofur isolées de porc malades de fermes québécoises, bien qu’aucune lignée n'était persistante ou prédominante pendant l'étude. Les résultats suggèrent aussi que le gène blaCMY-2 s'est répandu à la fois horizontalement et clonalement au sein des fermes. De plus, blaCMY-2 est le gène majeur des β-lactamases chez ces isolats. À partir de 2011, nous rapportons l'émergence du gène blaCTX-M dans des lignées génétiques distinctes.

Molecular characterization of extended-spectrum cephalosporin-resistance in Escherichia coli in pigs on-farm and from clinical cases throughout Quebec, Canada during 16 years

Le développement de la multirésistance chez Escherichia coli est un problème important en médecine animale et humaine. En outre, l’émergence et la diffusion des déterminants de résistance aux céphalosporines à larges spectres de troisième génération (ESCs) parmi les isolats, incluant des céphalosporines essentielles en médecine humaine (ex. ceftriaxone et ceftiofur), est un problème majeur de santé publique. Cette thèse visait trois objectifs. D’abord étudier la dynamique de la résistance aux antimicrobiens (AMR) ainsi que la virulence et les profils génétiques de la AMR des E. coli isolées de porcs recevant une nourriture post-sevrage supplémentée avec de la chlortétracycline et de la pénicilline G, et, accessoirement, évaluer les effets d'additifs alimentaires sur cette dynamique en prenant pour exemple d'étude un minéral argileux, la clinoptilolite, étant donné son possible lien avec le gène blaCMY-2 qui confère la résistance au ceftiofur. L'objectif suivant était d'investiguer les mécanismes menant à une augmentation de la prévalence du gène blaCMY-2 chez les porcs qui reçoivent de la nourriture médicamentée et qui n'ont pas été exposés au ceftiofur Ici encore,nous avons examiné les effets d’un supplément alimentaire avec un minéral argileux sur ce phénomène. Enfin, notre dernier objectif était d’étudier, dans le temps, les génotypes des isolats cliniques d'E. coli résistant au ceftiofur, isolés de porcs malades au Québec à partir du moment où la résistance au ceftiofur a été rapportée, soit de 1997 jusqu'à 2012. Dans l'étude initiale, la prévalence de la résistance à 10 agents antimicrobiens, incluant le ceftiofur, s’accroît avec le temps chez les E.coli isolées de porcelets sevrés. Une augmentation tardive de la fréquence du gène blaCMY-2, encodant pour la résistance au ceftiofur, et la présence des gènes de virulence iucD et tsh a été observée chez les isolats. La nourriture supplémentée avec de la clinoptilolite a été associée à une augmentation rapide mais, par la suite, à une diminution de la fréquence des gènes blaCMY-2 dans les isolats. En parallèle, une augmentation tardive dans la fréquence des gènes blaCMY-2 et des gènes de virulence iucD et tsh a été observée dans les isolats des porcs contrôles, étant significativement plus élevé que dans les porcs ayant reçu l'additif au jour 28. La diversité, au sein des E. coli positives pour blaCMY-2 , a été observée au regard des profils AMR. Certaines lignées clonales d'E.coli sont devenues prédominantes avec le temps. La lignée clonale du phylotype A prédominait dans le groupe supplémenté, alors que les lignées clonales du phylotype B1, qui possèdent souvent le gène de virulence iucD associé aux ExPEC, prédominaient dans le groupe contrôle. Les plasmides d'incompatibilité (Inc) des groupes, I1, A/C, et ColE, porteurs de blaCMY-2, ont été observés dans les transformants. Parmi les souches cliniques d'E.coli ESC-résistantes, isolées de porcs malades au Québec de 1997 à 2012, blaCMY-2 était le gène codant pour une β-lactamase le plus fréquemment détecté; suivi par blaTEM et blaCTX-M,. De plus, les analyses clonales montrent une grande diversité génétique. Par contre, des isolats d'E. coli avec des profils PFGE identiques ont été retrouvés dans de multiples fermes la même année mais aussi dans des années différentes. La résistance à la gentamicine, kanamycine, chloramphenicol, et la fréquence de blaTEM et de IncA/C diminuent significativement au cour de la période étudiée, alors que la fréquence de IncI1 et de la multirésistance à sept catégories d'agents antimicrobiens augmente significativement avec le temps. L'émergence d'isolats d'E. coli positifs pour blaCTX-M, une β-lactamase à large spectre et produisant des ESBL, a été observée en 2011 et 2012 à partir de lignées clonales distinctes et chez de nombreuses fermes. Ces résultats, mis ensemble, apportent des précisions sur la dissémination de la résistance au ceftiofur dans les E. coli isolées de porcs. Au sein des échantillons prélevés chez les porcs sevrés recevant l'alimentation médicamentée sur une ferme, et pour laquelle une augmentation de la résistance au ceftiofur a été observée, les données révèlent que les souches d'E. coli positives pour blaCMY-2 et résistantes aux ESCs appartenaient à plusieurs lignées clonales différentes arborant divers profils AMR. Le gène blaCMY-2 se répand à la fois horizontalement et clonalement chez ces E. coli. L'ajout de clinoptilotite à la nourriture et le temps après le sevrage influencent la clonalité et la prévalence du gène blaCMY-2 dans les E. coli. Durant les 16 années d'étude, plusieurs lignées clonales différentes ont été observées parmi les souches d'E. coli résistantes au ceftiofur isolées de porc malades de fermes québécoises, bien qu’aucune lignée n'était persistante ou prédominante pendant l'étude. Les résultats suggèrent aussi que le gène blaCMY-2 s'est répandu à la fois horizontalement et clonalement au sein des fermes. De plus, blaCMY-2 est le gène majeur des β-lactamases chez ces isolats. À partir de 2011, nous rapportons l'émergence du gène blaCTX-M dans des lignées génétiques distinctes.