Co-occurrence of colistin-resistance genes mcr-1 and mcr-3 among multidrug-resistant Escherichia coli isolated from cattle, Spain, September 2015

Los genes de resistencia a colistina mcr-3 y mcr-1 se detectaron en un aislado de Escherichia coli de heces de ganado en un matadero español en 2015. Las secuencias de ambos genes se hibridaron a la misma banda de plásmidos de aproximadamente 250 kb, aunque la resistencia a la colistina no fue movilizable . El aislado producía betalactamasas de espectro extendido y pertenecía al serotipo O9: H10 y al tipo de secuencia ST533. Aquí informamos un gen mcr-3 detectado en Europa después de informes anteriores de Asia y los Estados Unidos.Colistin resistance genes mcr-3 and mcr-1 have been detected in an Escherichia coli isolate from cattle faeces in a Spanish slaughterhouse in 2015. The sequences of both genes hybridised to same plasmid band of ca 250 kb, although colistin resistance was non-mobilisable. The isolate was producing extended-spectrum beta-lactamases and belonged to serotype O9:H10 and sequence type ST533. Here we report an mcr-3 gene detected in Europe following earlier reports from Asia and the United States.• Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. Proyecto AGL2016- 74882-C3 • Ministerio de Agricultura y Pesca (España) y Comunidad Autónoma de Comunidad Autónoma de Madrid. Ayuda S2013 / ABI-2747 • Junta de Extremadura y Fondo Europeo de Desarrollo Regional. Ayuda GR15075 e IB16073 • Fundación para la Ciencia y la Tecnología (Portugal). Ayudas UID / MAR / 04292/2013 • Fundación Tatiana de Guzmán El Bueno (España). Beca doctoral para María del Rocío Iglesias Parro • Instituto Nacional de Agricultura y Alimentación. Investigación y Tecnología (INIA). Beca doctoral para María del Rocío Iglesias Parro • Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. Beca FPI2014-020, para Narciso Martín QuijadapeerReviewe

Resistencia a colistina en enterobacterias zoonóticas

En España, las infecciones por bacterias resistentes a antimicrobianos causan 30 veces más muertes que los accidentes de tráfico. Se prevé que en 2050 sea la primera causa de muerte a nivel mundial. Para el tratamiento es necesario antibióticos “de último recurso”, como la colistina. En 2015, apareció un determinante de resistencia a colistina transferible horizontalmente (mcr-1). La OMS lo estableció como antibiótico de importancia crítica de máxima prioridad y, EMA y AEMPS establecieron directrices limitando su uso en veterinaria. Por ello, el objetivo de esta tesis es estudiar los mecanismos moleculares que disminuyen la susceptibilidad a colistina en enterobacterias zoonóticas. Al analizar 108 cepas resistentes a colistina de origen animal (E.coli (n=80) y S.enterica (n= 28)) y un modelo in vitro de resistencia a colistina en E.coli (n=10), observamos que la resistencia a colistina co-expresa resistencia a polimixina B. En los aislados clínicos, el mecanismo prevalente es mcr-1. Además, en E. coli encontramos los genes mcr-3 (combinado con mcr-1) y mcr-4 (combinado con mcr-1 o polimorfismos en pmrAB). Los aislados clínicos con determinantes mcr presentaron fenotipos estables. Las cepas de S.enterica con polimorfismos en pmrAB o sin determinante descrito fueron inestables. En los aislados in vitro se detectaron nuevos polimorfismos en pmrAB: R81S en pmrA y L14Q, Q99P y V133F en pmrB, cuyo papel en la resistencia a la colistina se evidenció mediante mutagénesis dirigida. Solo CR4 no presenta determinantes de resistencia a colistina previamente descritos, su análisis genómico identificó varios polimorfismos, aunque su identificación requiere futuros análisis.In Spain, infections caused by antimicrobial-resistant bacteria bring out 30 times more deaths than traffic accidents, and it’s expected that in 2050 it will be the first cause of death worldwide. Last resort antibiotics, such as colistin, are necessary for the treatment. In 2015, a horizontally transferable colistin resistance determinant (mcr-1) appeared. The WHO established colistin as a critical antibiotic of great importance and EMA and AEMPS set guidelines that limit the use of colistin in veterinary medicine. Therefore, the main objective of this thesis is to study the mechanisms of colistin resistance in zoonotic enterobacteria. After analyzing 108 colistin-resistant strains of animal origin (80 E.coli’s strains and 28 S.enterica’s strains); and also, an in vitro model of colistin resistance in E.coli (n=10), we observed that colistin resistance is co-expressed resistance to polymyxin B. In clinical isolates the prevailing mechanism is the mcr-1 gene. In addition, in Escherichia coli we found mcr-3 (in combination with mcr-1) and mcr-4 genes (in combination with mcr-1 or polymorphisms in pmrAB). Escherichia coli and Salmonella enterica clinical isolates with mcr-like determinants presented stable phenotypes, whereas Salmonellas’ with polymorphisms in pmrAB were unstable. When performing the directed mutagenesis experiment, we confirmed that the polymorphisms R81S in pmrA, and L14Q, Q99P and V133F in pmrB confer colistin resistance. On the other hand, one of the mutants selected in vitro, CR4, does not present colistin resistant determinants previously described, although its genomic analysis reveals several polymorphisms that require further studies to be confirmed

Resistencia a colistina en enterobacterias zoonóticas

En España, las infecciones por bacterias resistentes a antimicrobianos causan 30 veces más muertes que los accidentes de tráfico. Se prevé que en 2050 sea la primera causa de muerte a nivel mundial. Para el tratamiento es necesario antibióticos “de último recurso”, como la colistina. En 2015, apareció un determinante de resistencia a colistina transferible horizontalmente (mcr-1). La OMS lo estableció como antibiótico de importancia crítica de máxima prioridad y, EMA y AEMPS establecieron directrices limitando su uso en veterinaria. Por ello, el objetivo de esta tesis es estudiar los mecanismos moleculares que disminuyen la susceptibilidad a colistina en enterobacterias zoonóticas. Al analizar 108 cepas resistentes a colistina de origen animal (E.coli (n=80) y S.enterica (n= 28)) y un modelo in vitro de resistencia a colistina en E.coli (n=10), observamos que la resistencia a colistina co-expresa resistencia a polimixina B. En los aislados clínicos, el mecanismo prevalente es mcr-1. Además, en E. coli encontramos los genes mcr-3 (combinado con mcr-1) y mcr-4 (combinado con mcr-1 o polimorfismos en pmrAB). Los aislados clínicos con determinantes mcr presentaron fenotipos estables. Las cepas de S.enterica con polimorfismos en pmrAB o sin determinante descrito fueron inestables. En los aislados in vitro se detectaron nuevos polimorfismos en pmrAB: R81S en pmrA y L14Q, Q99P y V133F en pmrB, cuyo papel en la resistencia a la colistina se evidenció mediante mutagénesis dirigida. Solo CR4 no presenta determinantes de resistencia a colistina previamente descritos, su análisis genómico identificó varios polimorfismos, aunque su identificación requiere futuros análisis.In Spain, infections caused by antimicrobial-resistant bacteria bring out 30 times more deaths than traffic accidents, and it’s expected that in 2050 it will be the first cause of death worldwide. Last resort antibiotics, such as colistin, are necessary for the treatment. In 2015, a horizontally transferable colistin resistance determinant (mcr-1) appeared. The WHO established colistin as a critical antibiotic of great importance and EMA and AEMPS set guidelines that limit the use of colistin in veterinary medicine. Therefore, the main objective of this thesis is to study the mechanisms of colistin resistance in zoonotic enterobacteria. After analyzing 108 colistin-resistant strains of animal origin (80 E.coli’s strains and 28 S.enterica’s strains); and also, an in vitro model of colistin resistance in E.coli (n=10), we observed that colistin resistance is co-expressed resistance to polymyxin B. In clinical isolates the prevailing mechanism is the mcr-1 gene. In addition, in Escherichia coli we found mcr-3 (in combination with mcr-1) and mcr-4 genes (in combination with mcr-1 or polymorphisms in pmrAB). Escherichia coli and Salmonella enterica clinical isolates with mcr-like determinants presented stable phenotypes, whereas Salmonellas’ with polymorphisms in pmrAB were unstable. When performing the directed mutagenesis experiment, we confirmed that the polymorphisms R81S in pmrA, and L14Q, Q99P and V133F in pmrB confer colistin resistance. On the other hand, one of the mutants selected in vitro, CR4, does not present colistin resistant determinants previously described, although its genomic analysis reveals several polymorphisms that require further studies to be confirmed