Epidemiologia molecular de isolados de Escherichia coli provenientes de diferentes hospedeiros e o impacto dos antimicrobianos em diferentes clones produtores de MCR-1

Abstract

O uso de antimicrobianos na produção animal contribui com a pressão seletiva e colabora na expansão de cepas multirresistentes em diferentes ambientes. Já é relatado que os animais de produção atuam como potenciais reservatórios de microrganismos produtores de genes de resistência (ARGs). Dentro deste contexto, a resistência as polimixinas mediada por plasmídeos já foi bem reportada no mundo todo e a habilidade de disseminação do gene mcr-1 precisa ser melhor compreendida. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a epidemiologia molecular de isolados de Escherichia coli mcr-1 positivos e mcr-1 negativos provenientes de diferentes hospedeiros através de três metodologias: MLST, CH Typing e SNPs (Single Nucleotideo Polymorphism). Além disso, buscamos relacionar como o uso de antimicrobianos pode influenciar na expansão clonal de isolados produtores de mcr- 1 nos diferentes nichos ecológicos. Isolados de E. coli mcr-1 positivos (n=6) recuperados de frangos de corte e suínos provenientes de granjas no Rio Grande do Sul tiveram seus genomas comparados com isolados recuperados de bancos de dados públicos (n = 37), sendo 19 produtores de mcr-1 e 18 negativos para o gene, totalizando uma população de 43 isolados. A tipagem MLST apresentou 35 STs , sendo a ST-10 e a ST-101 as de maior frequência com 11,63% e 6,98%, respectivamente. Já a tipagem molecular por CH Typing, apresentou 32 CHs, sendo os tipos mais frequentes as CH 11-25 com 9,30% de frequência, CH 11-0 com 6,98% e CH 29-38 com 6,98%. A análise filogenética utilizando as três metodologias apresentou uma distribuição diversa e concordante ao longo das árvores, onde foi possível observar isolados produtores de mcr-1 intimamente relacionados com isolados negativos para o gene. Além disso, isolados com uma diferença de tempo de 60 anos foram intimamente relacionados, podendo indicar uma disseminação não clonal entre as cepas, sugerindo que a pressão seletiva e eventos recentes de recombinação estão agindo sobre a população. Com base nos dados apresentados acima, e reforçando a ideia de que a permanência de características em uma população depende das forças evolutivas que atuam sobre ela, afirmamos que medidas integrativas apoiadas na abordagem One Health devem ser adotadas como estratégia para reduzir a disseminação de cepas multirresistentes.

The use of antimicrobials in animal production can act as selective pressure and corroborate with the expansion of multidrug-resistant strains in different environments. It has already been reported that production animals are potential reservoirs of ARGs (antimicrobial resistance genes) and in spreading these genes by the food chain. In this context, plasmid-mediated colistin resistance has already been reported worldwide and the dispersal ability of the mcr-1 gene must be better understand. So, the objective of this study was to determine the molecular epidemiology of mcr-1 positive and negative Escherichia coli isolates from different hosts through three different methodologies: MLST, CH Typing, and SNPs (Single Nucleotide Polymorphism). Furthermore, it was observed how the use of antimicrobials could impact the clonal expansion of mcr-1 producing isolates in different ecological niches. mcr-1 positive E. coli isolates (n=6) recovered from broilers and pigs from farms in the Rio Grande do Sul had their genomes compared with isolates recovered from public databases (n = 37), being 19 mcr-1 positive and 18 mcr-1 negative totaling a population of 43 isolates. The MLST typing presented 35 single STs, being ST-10 and ST-101 the most frequent, with 11.63% and 6.98%, respectively. The molecular typing by CH Typing presented 32 unique CH, being CH 11-25 9.30%, CH 11-0; 6.98%, and CH 29-38; 6.98% the most frequent types among the 43 isolates. The phylogenetic analysis using the three methodologies showed a heterogeneous and concordant distribution along with the trees, where it was possible to observe mcr-1 producing isolates closely related to negative isolates for the gene. Furthermore, the SNP tree demonstrated that the central genome of these isolates is well conserved, as isolates with a time difference of 60 years were closely related, which may indicate a non-clonal dispersion among the strains, suggesting that selective pressure and recent recombination events are acting on the population. Based on the data presented above, and reinforcing the idea that the permanence of characteristics in a population depends on the evolutionary forces that act on it, we highlight that integrative measures supported by One Health approaches should be adopted as a strategy to minimize the antimicrobial resistance spread.