Untersuchungen zum Vorkommen und zur Stabilität von Colistin-Resistenzdeterminanten in pathogenen Escherichia coli-Isolaten aus klinischem Untersuchungsgut von Schweinen
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Colistin stellt in der Humanmedizin als Reserveantibiotikum eine der letzten Therapieoptio-nen bei der Behandlung von Infektionen mit multiresistenten Gram-negativen Bakterien dar. Die weltweite Ausbreitung von mobilen Colistin-Resistenzgenen (mcr), unter anderem in lebensmittelliefernden Tieren, gefährdet diese wichtige Rolle von Colistin und stellt eine erhebliche Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Bei Schweinen wurde das Vor-kommen von mcr-Genen in kommensalen E. coli bereits in zahlreichen Studien untersucht. Dagegen ist zur Ausbreitung von mcr-Genen in E. coli-Pathovaren, die als Krankheitsauslöser beim Schwein eine Rolle spielen, bislang wenig bekannt. In dieser Arbeit wurden 10 573 por-cine E. coli-Isolate, die von Juli 2000 bis Dezember 2021 von Schweinen aus Deutschland ge-wonnen wurden, mittels Multiplex-PCRs auf das Vorhandensein von Virulenz-assoziierten Genen (VAGs) sowie der Resistenzgene mcr-1 bis mcr-10 untersucht. Die Mehrzahl der Isola-te konnte als eines von verschiedenen E. coli-Pathovaren identifiziert werden, die im Zu-sammenhang mit Krankheitsgeschehen bei Schweinen bekannt sind, wie enterotoxische E. coli (ETEC, 31,9 %), Ödemkrankheit auslösende E. coli (EDEC, 12,8 %), attaching and effa-cing E. coli (AEEC, 12,4 %) und Shigatoxin-bildende E. coli (STEC, 3,5 %). In 10,2 % der unter-suchten Isolate konnte ein mcr-Gen nachgewiesen werden, wobei mcr-1 (8,4 %) und mcr-4 (1,6 %) am häufigsten vorkamen. Die Gene mcr-2 (0,02 %), mcr-3 (0,03 %) und mcr-5 (0,3 %) konnten ebenfalls vereinzelt nachgewiesen werden, wohingegen die mcr-Gene mcr-6 bis mcr-10 in keinem der untersuchten Isolate identifizierbar waren. Die mcr-1 Nachweisraten stiegen kontinuierlich bis zum Jahr 2015 (15,2 %) an und gingen im Jahr 2016 auf 11,4 % und im Jahr 2017 auf 6,3 % zurück. Enterotoxische und Shigatoxin-bildende E. coli (ETEC/STEC-Hybrid) sowie EDEC waren am häufigsten positiv für mcr-Gene (je 21,9 % und 17,6 %). Mit-tels Ganzgenomsequenzanalysen von 220 repräsentativen mcr-positiven E. coli-Isolaten konnten sowohl bereits zuvor nachgewiesene mcr-Varianten (mcr-1.1, mcr-1.26, mcr-3.12, mcr-4.1, mcr-4.2, mcr-4.3, mcr-4.6 und mcr 5.1) sowie drei neue Varianten (mcr-1.36, mcr-4.8 und mcr-5.5) identifiziert werden. Das am meisten verbreitete mcr-1-Gen konnte auf IncX4- (83 %), IncHI2- (13 %) und IncI2-Plasmiden (4 %) lokalisiert werden, während der Großteil der mcr-4-Gene (97,1 %) auf einem ColE10-Plasmid vorkam.
Neben der Untersuchung von E. coli-Isolaten aus Deutschland wurden ebenfalls 1936 patho-gene Isolate aus 17 europäischen Ländern, die von 2010 bis 2020 isoliert wurden, auf das Vorkommen von mcr-1 und mcr-2 untersucht. Dabei konnte in einem Großteil der E. coli-Isolate aus Ungarn, Spanien, Italien und Portugal das mcr-1-Gen nachgewiesen werden (33,3 - 60,7 %). In zwei ETEC-Isolaten, die von zwei Schweinen aus einem Betrieb in Belgien ge-wonnen wurden, wurde eine bislang unbekannte mcr-2-Genvariante (mcr-2.8) gefunden. Neben der Lokalisierung von mcr-2 auf IncX4-Plasmiden (n = 8) und dem Chromosom (n = 1), konnte ein bislang unbekanntes IncP-ähnliches Plasmid als Träger von mcr-2.1 in drei Isola-ten aus einem belgischen Betrieb identifiziert werden.
Unter Anwendung definierter Kriterien wurden retrospektiv drei Schweinebetriebe in Deutschland identifiziert, bei denen über mindestens vier aufeinander folgende Jahre mcr-positive E. coli-Isolate nachgewiesen wurden. Um Rückschlüsse auf den möglichen Verbleib von bestimmten E. coli-Pathovaren und mcr-tragenden Plasmiden oder einen wiederholten Eintrag unterschiedlicher mcr-positiver E. coli-Isolate ziehen zu können, wurden 87 repräsentative Isolate von insgesamt 154 vorliegenden E. coli-Isolaten Ganzgenom-sequenziert und mittels bioinformatischer Methoden auf das Vorkommen von VAGs, Resistenzgenen und Plasmidtypen untersucht. Je 42 %, 30,8 % und 57,7 % dieser Isolate aus den Betrieben 1 bis 3 waren mcr-1.1-positiv und ein ETEC-ähnliches Isolat aus Betrieb 3 war positiv für mcr-4.8. Basierend auf der Bestimmung von Sequenztypen sowie Virulenzgen- als auch Resistenzgenprofilen konnten keine klonalen E. coli-Linien in den Betrieben festgestellt werden. E. coli-Isolate der Sequenztypen ST10 und ST131, die als E. coli mit zoonotischem Potenzial gelten, wurden in den drei untersuchten Betrieben als Träger von mcr-Genen identifiziert. Über mehrere Jahre hinweg konnten mcr-1.1-Gene auf identischen Plasmiden in Betrieb 1 (IncHI2), Betrieb 2 (IncX4) und Betrieb 3 (IncX4, IncI2) nachgewiesen werden.
Die vorliegende Arbeit betont die Relevanz der Weiterentwicklung von bestehenden Über-wachungskonzepten, welche durch eine umfassende und kontinuierliche Datenerhebung in Nutztierbetrieben mögliche Risikofaktoren zum Eintrag, Verbleib und der Verbreitung von Colistin-resistenten Mikroorganismen identifizieren und mit gezielten Maßnahmen reduzie-ren können.
Colistin is a reserve antibiotic, representing one of the final therapeutic options in human medicine for the treatment of infections caused by multidrug-resistant Gram-negative bacteria. The global spread of mobile colistin resistance (mcr) genes, including in food-producing animals, endangers the crucial function of colistin and represents a substantial risk to public health. The presence of mcr genes in commensal porcine E. coli has been subject of numerous studies. In contrast, there is a paucity of knowledge regarding the distribution of these genes in pig-associated pathotypes of E. coli, which are responsible for diseases in pigs. A total of 10,573 porcine E. coli isolates obtained from pigs in Germany between July 2000 and December 2021 were analysed for the presence of virulence-associated genes (VAGs) and resistance genes mcr-1 to mcr-10 using multiplex PCR. The majority of isolates were identified as one of several E. coli pathovars that have been previously associated with disease in pigs. These included enterotoxigenic E. coli (ETEC, 31.9 %), edema disease E. coli (EDEC, 12.8 %), attaching and effacing E. coli (AEEC, 12.4 %), and shigatoxin-encoding E. coli (STEC, 3.5 %). The mcr gene was detected in 10.2 % of the isolates examined, with mcr-1 (8.4 %) and mcr-4 (1.6 %) being most frequently detected. Resistance genes mcr-2 (0.02 %), mcr-3 (0.03 %), and mcr-5 (0.3 %) were also identified sporadically in isolates, in contrast to mcr-6 to mcr-10, which were not detected. There was a steady increase in the mcr-1 detection rates until 2015 (15.2 %), followed by a decline to 11.4 % in 2016 and 6.3 % in 2017. Enterotoxigenic and shigatoxin-encoding E. coli (ETEC/STEC hybrid) and EDEC were most frequently positive for mcr genes (21.9 % and 17.6 %, respectively). Whole genome sequencing of 220 representative mcr-positive E. coli strains revealed the presence of several known mcr variants, including mcr 1.1, mcr-1.26, mcr 3.12, mcr-4.1, mcr-4.2, mcr-4.3, mcr-4.6, and mcr-5.1, as well as three new mcr variants, mcr-1.36, mcr-4.8, and mcr-5.5. The most frequently identified mcr-1 gene was found to be localized on plasmid types IncX4 (83 %), IncHI2 (13 %) and IncI2 (4 %), while the majority of mcr-4 genes (97.1 %) were observed to be present on ColE10 plasmids.
In addition to inspected isolates from Germany, 1,936 porcine pathogenic E. coli strains from 17 European countries, which were isolated between 2010 and 2020, were also examined for the presence of mcr-1 and mcr-2. The mcr-1 gene was detected in the majority of E. coli strains from Hungary, Spain, Italy, and Portugal (33.3 - 60.7 %). A previously unknown mcr-2 gene variant (mcr-2.8) was detected in two ETEC isolates obtained from two pigs from a farm in Belgium. In addition to the localization of mcr-2 on IncX4 plasmids (n = 8) and the chromosome (n = 1), a previously unknown IncP-like plasmid was identified as harbouring mcr-2.1 in three isolates from one farm in Belgium.
Three pig farms in Germany were identified retrospectively on the basis of defined criteria where mcr-positive E. coli isolates had been detected for at least four consecutive years. To investigate whether the recurrent occurrence of certain E. coli pathotypes and plasmids in individual pig farms was due to the continuous presence or repeated reintroduction of E. coli strains, 87 representative isolates from a total of 154 E. coli were whole genome sequenced. The occurrence of VAGs, resistance genes, and plasmid types were analysed using bioinformatic methods. A high prevalence of 42 %, 30.8 %, and 57.7 % was observed for mcr 1.1-positive isolates obtained from farms 1, 2, and 3, respectively. Additionally, one ETEC-like isolate from farm 3 was identified as positive for mcr-4.8. Based on the determination of sequence types, virulence and resistance gene profiles, no clonal E. coli lineages were identified on any of the farms. The analysis revealed the presence of E. coli isolates of sequence types ST10 and ST131, which are considered to be E. coli with zoonotic potential, as carriers of mcr genes on the three farms under investigation. The mcr-1.1 genes were identified on identical plasmids in farm 1 (IncHI2), farm 2 (IncX4) and farm 3 (IncX4, IncI2) over a period of several years.
This study highlights the need for further development of existing surveillance approaches that can identify potential risk factors for the introduction, maintenance and dissemination of colistin-resistant microorganisms through comprehensive and continuous data collection in livestock farms. This allows targeted measures to be taken in order to mitigate these risks.
Neben der Untersuchung von E. coli-Isolaten aus Deutschland wurden ebenfalls 1936 patho-gene Isolate aus 17 europäischen Ländern, die von 2010 bis 2020 isoliert wurden, auf das Vorkommen von mcr-1 und mcr-2 untersucht. Dabei konnte in einem Großteil der E. coli-Isolate aus Ungarn, Spanien, Italien und Portugal das mcr-1-Gen nachgewiesen werden (33,3 - 60,7 %). In zwei ETEC-Isolaten, die von zwei Schweinen aus einem Betrieb in Belgien ge-wonnen wurden, wurde eine bislang unbekannte mcr-2-Genvariante (mcr-2.8) gefunden. Neben der Lokalisierung von mcr-2 auf IncX4-Plasmiden (n = 8) und dem Chromosom (n = 1), konnte ein bislang unbekanntes IncP-ähnliches Plasmid als Träger von mcr-2.1 in drei Isola-ten aus einem belgischen Betrieb identifiziert werden.
Unter Anwendung definierter Kriterien wurden retrospektiv drei Schweinebetriebe in Deutschland identifiziert, bei denen über mindestens vier aufeinander folgende Jahre mcr-positive E. coli-Isolate nachgewiesen wurden. Um Rückschlüsse auf den möglichen Verbleib von bestimmten E. coli-Pathovaren und mcr-tragenden Plasmiden oder einen wiederholten Eintrag unterschiedlicher mcr-positiver E. coli-Isolate ziehen zu können, wurden 87 repräsentative Isolate von insgesamt 154 vorliegenden E. coli-Isolaten Ganzgenom-sequenziert und mittels bioinformatischer Methoden auf das Vorkommen von VAGs, Resistenzgenen und Plasmidtypen untersucht. Je 42 %, 30,8 % und 57,7 % dieser Isolate aus den Betrieben 1 bis 3 waren mcr-1.1-positiv und ein ETEC-ähnliches Isolat aus Betrieb 3 war positiv für mcr-4.8. Basierend auf der Bestimmung von Sequenztypen sowie Virulenzgen- als auch Resistenzgenprofilen konnten keine klonalen E. coli-Linien in den Betrieben festgestellt werden. E. coli-Isolate der Sequenztypen ST10 und ST131, die als E. coli mit zoonotischem Potenzial gelten, wurden in den drei untersuchten Betrieben als Träger von mcr-Genen identifiziert. Über mehrere Jahre hinweg konnten mcr-1.1-Gene auf identischen Plasmiden in Betrieb 1 (IncHI2), Betrieb 2 (IncX4) und Betrieb 3 (IncX4, IncI2) nachgewiesen werden.
Die vorliegende Arbeit betont die Relevanz der Weiterentwicklung von bestehenden Über-wachungskonzepten, welche durch eine umfassende und kontinuierliche Datenerhebung in Nutztierbetrieben mögliche Risikofaktoren zum Eintrag, Verbleib und der Verbreitung von Colistin-resistenten Mikroorganismen identifizieren und mit gezielten Maßnahmen reduzie-ren können.
Colistin is a reserve antibiotic, representing one of the final therapeutic options in human medicine for the treatment of infections caused by multidrug-resistant Gram-negative bacteria. The global spread of mobile colistin resistance (mcr) genes, including in food-producing animals, endangers the crucial function of colistin and represents a substantial risk to public health. The presence of mcr genes in commensal porcine E. coli has been subject of numerous studies. In contrast, there is a paucity of knowledge regarding the distribution of these genes in pig-associated pathotypes of E. coli, which are responsible for diseases in pigs. A total of 10,573 porcine E. coli isolates obtained from pigs in Germany between July 2000 and December 2021 were analysed for the presence of virulence-associated genes (VAGs) and resistance genes mcr-1 to mcr-10 using multiplex PCR. The majority of isolates were identified as one of several E. coli pathovars that have been previously associated with disease in pigs. These included enterotoxigenic E. coli (ETEC, 31.9 %), edema disease E. coli (EDEC, 12.8 %), attaching and effacing E. coli (AEEC, 12.4 %), and shigatoxin-encoding E. coli (STEC, 3.5 %). The mcr gene was detected in 10.2 % of the isolates examined, with mcr-1 (8.4 %) and mcr-4 (1.6 %) being most frequently detected. Resistance genes mcr-2 (0.02 %), mcr-3 (0.03 %), and mcr-5 (0.3 %) were also identified sporadically in isolates, in contrast to mcr-6 to mcr-10, which were not detected. There was a steady increase in the mcr-1 detection rates until 2015 (15.2 %), followed by a decline to 11.4 % in 2016 and 6.3 % in 2017. Enterotoxigenic and shigatoxin-encoding E. coli (ETEC/STEC hybrid) and EDEC were most frequently positive for mcr genes (21.9 % and 17.6 %, respectively). Whole genome sequencing of 220 representative mcr-positive E. coli strains revealed the presence of several known mcr variants, including mcr 1.1, mcr-1.26, mcr 3.12, mcr-4.1, mcr-4.2, mcr-4.3, mcr-4.6, and mcr-5.1, as well as three new mcr variants, mcr-1.36, mcr-4.8, and mcr-5.5. The most frequently identified mcr-1 gene was found to be localized on plasmid types IncX4 (83 %), IncHI2 (13 %) and IncI2 (4 %), while the majority of mcr-4 genes (97.1 %) were observed to be present on ColE10 plasmids.
In addition to inspected isolates from Germany, 1,936 porcine pathogenic E. coli strains from 17 European countries, which were isolated between 2010 and 2020, were also examined for the presence of mcr-1 and mcr-2. The mcr-1 gene was detected in the majority of E. coli strains from Hungary, Spain, Italy, and Portugal (33.3 - 60.7 %). A previously unknown mcr-2 gene variant (mcr-2.8) was detected in two ETEC isolates obtained from two pigs from a farm in Belgium. In addition to the localization of mcr-2 on IncX4 plasmids (n = 8) and the chromosome (n = 1), a previously unknown IncP-like plasmid was identified as harbouring mcr-2.1 in three isolates from one farm in Belgium.
Three pig farms in Germany were identified retrospectively on the basis of defined criteria where mcr-positive E. coli isolates had been detected for at least four consecutive years. To investigate whether the recurrent occurrence of certain E. coli pathotypes and plasmids in individual pig farms was due to the continuous presence or repeated reintroduction of E. coli strains, 87 representative isolates from a total of 154 E. coli were whole genome sequenced. The occurrence of VAGs, resistance genes, and plasmid types were analysed using bioinformatic methods. A high prevalence of 42 %, 30.8 %, and 57.7 % was observed for mcr 1.1-positive isolates obtained from farms 1, 2, and 3, respectively. Additionally, one ETEC-like isolate from farm 3 was identified as positive for mcr-4.8. Based on the determination of sequence types, virulence and resistance gene profiles, no clonal E. coli lineages were identified on any of the farms. The analysis revealed the presence of E. coli isolates of sequence types ST10 and ST131, which are considered to be E. coli with zoonotic potential, as carriers of mcr genes on the three farms under investigation. The mcr-1.1 genes were identified on identical plasmids in farm 1 (IncHI2), farm 2 (IncX4) and farm 3 (IncX4, IncI2) over a period of several years.
This study highlights the need for further development of existing surveillance approaches that can identify potential risk factors for the introduction, maintenance and dissemination of colistin-resistant microorganisms through comprehensive and continuous data collection in livestock farms. This allows targeted measures to be taken in order to mitigate these risks.
| Erscheinungsdatum | 16.06.2025 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Edition Scientifique |
| Verlagsort | Gießen |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 400 g |
| Themenwelt | Veterinärmedizin |
| Schlagworte | Bakterien Viren Erreger • Colistin • Colistin-resistente Mikroorganismen • E-coli • Reserveantibiotikum • Restistenzen • Schweine |
| ISBN-13 | 9783835972407 / 9783835972407 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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