| Journal | Schweiz Arch Tierheilkd | |
| Verlag | GST | |
| Heft | Band 165, Heft 6, Juni 2023 |
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| ISSN (print) | 0036-7281 | |
| ISSN (online) | 1664-2848 | |
| online seit | 31 Mai 2023 |
Wissenschaft | Science
Characterization of third-generation cephalosporin-resistant Escherichia coli from slaughter calves and fattening pigs: A pilot study for monitoring antimicrobial resistance by whole genome sequencing in Switzerland
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English
Characterization of third-generation cephalosporin-resistant Escherichia coli from slaughter calves and fattening pigs: A pilot study for monitoring antimicrobial resistance by whole genome sequencing in SwitzerlandWhole genome sequencing (WGS) was introduced into Swiss antimicrobial resistance monitoring in 2022 as an additional method to phenotypic antimicrobial susceptibility testing by broth microdilution to characterize presumptive third-generation cephalosporin-resistant (3GC-R) Escherichia coli. Caecal samples from Swiss slaughter calves and fattening pigs, as well as beef and pork meat from Swiss retail taken in 2021, were analyzed for the presence of 3GC-R E. coli according to European harmonized protocols. In 2021, 3GC-R E. coli was detected in 23,8 % of slaughter calves, 5,9 % of fattening pigs, and 0 % of meat. Comparative analysis of the antimicrobial resistance results obtained by phenotypic measurement and those obtained by the detection of corresponding underlying molecular mechanisms by WGS showed very high agreement (99 %). Resistance to third-generation cephalosporins (3GCs) was mainly associated with the presence of blaCTX-M-15 in E. coli isolates from calves and blaCTX-M-1 in E. coli isolates from pigs and mutations in the ampC-promoter (g.-42 C>T) in E. coli isolates from both animal species. Moreover, WGS data were used for phylogenetic analysis based on multi locus sequence types (MLST) and core genome MLST(cgMLST) revealing that 3GC-R E. coli isolated from Swiss slaughter calves and fattening pigs were genetically diverse. In this study, it was shown that using WGS alone to monitor antimicrobial resistance could detect trends in known molecular antimicrobial resistance mechanisms while also providing other valuable information about the isolates, such as genetic relatedness. However, only by combining phenotypic susceptibility testing and WGS early detection of previously unknown resistance mechanisms will be possible.
Keywords: AmpC, cattle, CTX-M, ESBL, multidrug-resistant, swine
Deutsch
Charakterisierung von Dritt-Generation Cephalosporin-resistenten Escherichia coli bei Schlachtkälbern und Mastschweinen: Eine Pilotstudie zur Überwachung von antimikrobiellen Resistenzen durch Ganzgenomsequenzierung in der SchweizDie Ganzgenomsequenzierung (Whole Genome Sequencing, WGS) wurde 2022 als zusätzliche Methode zur phänotypischen Antibiotika-Empfindlichkeitsprüfung mittels Bouillon-Mikrodilution in das Schweizer Programm zur Überwachung von Antibiotikaresistenzen eingeführt, um Dritt-Generation Cephalosporin-resistente (3GC-R) Escherichia coli zu charakterisieren. Blinddarmproben von Schweizer Schlachtkälbern und Mastschweinen sowie Rind- und Schweinefleisch aus dem Schweizer Einzelhandel von 2021 wurden nach europäisch harmonisierten Protokollen auf das Vorhandensein von 3GC-R E. coli untersucht. Im Jahr 2021 wurden 3GC-R E. coli in 23,8 % der Schlachtkälber, 5,9 % der Mastschweine und in 0 % der Fleischproben nachgewiesen. Ein Vergleich der Ergebnisse der phänotypischen Resistenzbestimmung mit den Ergebnissen der WGS ergab eine sehr hohe Übereinstimmung hinsichtlich der phänotypischen Resistenzen und den detektierten zugrundeliegenden molekularen Mechanismen (99 %). Die Resistenz gegen Dritt-Generation Cephalosporine (3GCs) war hauptsächlich mit dem Vorhandensein von blaCTX-M-15 in E. coli-Isolaten von Kälbern und blaCTX-M-1 in E. coli-Isolaten von Schweinen sowie mit Mutationen im ampC-Promotor (g.-42 C>T) in E. coli-Isolaten von beiden Tierarten verbunden. Die WGS-Daten wurden ferner für eine phylogenetische Analyse auf der Grundlage von Multi-Locus-Sequenztypen (MLST) und Kerngenom-MLST (cgMLST) verwendet. Es zeigte sich, dass die aus Schweizer Schlachtkälbern und Mastschweinen isolierten 3GC-R E. coli genetisch unterschiedlich waren. In dieser Studie wurde gezeigt, dass WGS zur Überwachung der Antibiotikaresistenz es ermöglicht, Trends bei bekannten molekularen Antibiotikaresistenzmechanismen zu erkennen und gleichzeitig andere wertvolle Informationen über die Isolate, wie z. B. die genetische Verwandtschaft, zu erhalten. Allerdings ist nur durch die Kombination von phänotypischen Empfindlichkeitstests und WGS eine Früherkennung bisher unbekannter Resistenzmechanismen möglich.
Schlüsselwörter: AmpC, CTX-M, ESBL, Multiresistenz, Rind, Schwein
Français
Caractérisation d’Escherichia coli résistants aux céphalosporines de troisième génération provenant de veaux de boucherie et de porcs d’engraissement: Une étude pilote pour la surveillance de la résistance aux antibiotiques par séquençage du génome eLe séquençage du génome entier (Whole Genome Sequencing, WGS) a été introduit dans la surveillance suisse de la résistance aux antibiotiques en 2022 en tant que méthode supplémentaire aux tests phénotypiques de sensibilité aux antibiotiques pour caractériser les Escherichia coli résistants aux céphalosporines de troisième génération (3GC-R). Des échantillons de cæcum pris en 2021 à l’abattoir de veaux et de porcs suisses, ainsi que de viande de bœuf et de porc provenant de détaillants suisses ont été analysés pour détecter la présence d’E. coli 3GC-R conformément aux protocoles européens harmonisés. En 2021, les E. coli 3GC-R ont été détectés dans 23,8 % des veaux d’abattage, 5,9 % des porcs d’engraissement et 0 % dans la viande. Les résultats de résistance aux antibiotiques obtenus par mesure phénotypique et ceux obtenus par la détection des mécanismes moléculaires sous-jacents concordaient à 99 %. La résistance aux céphalosporines de troisième génération était principalement associée à la pré-sence de blaCTX-M-15 dans les isolats d’E. coli provenant de veaux et de blaCTX-M-1 dans les isolats d’E. coli provenant de porcs et à des mutations dans le promoteur ampC (g.-42 C>T) dans les isolats d’E. coli provenant des deux espèces animales. Les données WGS ont également été utilisées pour une analyse phylogénétique basée sur les types de séquences multilocus (MLST) et MLST du génome de base (cgMLST) révélant que les E. coli 3GC-R isolés des veaux et des porcs suisses étaient génétiquement divers. Dans cette étude, il a été démontré que l’utilisation du WGS seul pour surveiller la résistance aux antibiotiques pouvait détecter des tendances dans les mécanismes moléculaires connus de la résistance aux antibiotiques tout en fournissant d’autres informations précieuses sur les isolats, comme la parenté génétique. Cependant, ce n’est qu’en combinant les tests de sensibilité phénotypique avec le WGS que la détection pré-coce de mécanismes de résistance inconnus sera possible.
Mots-clés: AmpC, BLSE, bovins, CTX-M, multirésistants, porcins
Italiano
Caratterizzazione dell’Escherichia coli resistenti alle cefalosporine di terza generazione provenienti da vitelli da macello e suini da ingrasso: uno studio pilota per il monitoraggio della resistenza antimicrobica mediante sequenziamento dell’intero geIl sequenziamento dell’intero genoma (WGS) è stato introdotto nel monitoraggio della resistenza antimicrobica in Svizzera nel 2022 come metodo aggiuntivo ai test di suscettibilità antimicrobica fenotipica mediante micro-diluizione in brodo per caratterizzare l’Escherichia coli presuntivamente resistente alle cefalosporine di terza generazione (3GC-R). Campioni del ceco provenienti da vitelli da macello e da suini da ingrasso svizzeri, nonché di carne di manzo e di maiale provenienti dalla vendita al dettaglio in Svizzera prelevati nel 2021, sono stati analizzati per la presenza di E. coli 3GC-R secondo i protocolli armonizzati europei. Nel 2021, l’E. coli 3GC-R è stata rilevata nel 23,8 % dei vitelli da macello, nel 5,9% dei suini da ingrasso e nello 0 % della carne. L’analisi comparativa dei risultati della resistenza antimicrobica ottenuti con la misurazione fenotipica e quelli ottenuti con l’individuazione dei corrispondenti meccanismi molecolari sottostanti mediante WGS ha mostrato una molto elevata concordanza (99 %). La resistenza alle cefalosporine di terza generazione (3GC) è stata associata principalmente alla presenza di blaCTX-M-15 negli isolati di E. coli provenienti dai vitelli e di blaCTX-M-1 negli isolati di E. coli provenienti dai suini e di mutazioni nel promotore ampC (g.-42 C>T) negli isolati di E. coli di entrambe le specie animali. Inoltre, i dati WGS sono stati utilizzati per l’analisi filogenetica basata su tipi di sequenza multi locus (MLST) e core genome MLST (cgMLST), rivelando che gli isolati di E. coli 3GC-R provenienti dai vitelli da macello e dai suini da ingrasso svizzeri erano geneticamente diversi. In questo studio è stato dimostrato che l’utilizzo della sola WGS per monitorare la resistenza antimicrobica può rilevare delle tendenze nei meccanismi molecolari noti di resistenza antimicrobica, fornendo al contempo altre informazioni preziose sugli isolati, come la parentela genetica. Tuttavia, solo combinando test di suscettibilità fenotipica e WGS sarà possibile individuare precocemente meccanismi di resistenza precedentemente sconosciuti.
Parole chiavi: AmpC, CTX-M, ESBL, multiresistenza, bovini, suini
