Molecular epidemiology and mechanisms of cephalosporin resistance in escherichia coli of different origins; broilers, flies and white storks

Abstract

Las bacterias resistentes a antibióticos, y en concreto a betalactamasas de espectro extendido (BLEEs), se han convertido en un problema grave. Su prevalencia ha incrementado rápidamente a nivel mundial debido a una diseminación pandémica de plásmidos y a la introducción de genes de resistencia a BLEEs en clones exitosos (Coque, Baquero et al. 2008, Brolund 2014). Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), los antimicrobianos más críticos en sanidad humana y animal son las cefalosporinas de tercera generación, las fluoroquinolonas, los macrólidos y los aminoglicósidos (Collignon, Powers et al. 2009, Collignon, Conly et al. 2016). Por lo tanto, esta tesis se ha centrado en las resistencias a cefalosporinas, y en particular resistencias a BLEEs y betalactamasas tipo AmpC. La mayoría de las investigaciones se han centrado en la epidemiología de las resistencias a antibióticos en medicina humana y veterinaria; sin embargo, en los últimos años ha habido un aumento de los estudios dirigidos a bacterias multiresistentes que circulan en ambientes naturales actuando como reservorios (Allen, Donato et al. 2010). Una vez las bacterias están presentes en el ambiente, pueden transmitirse a los humanos. A través de los estudios incluidos en la actual tesis, hemos investigado la aparición y los mecanismos de diseminación de Escherichia coli resistentes a cefalosporinas de diferentes nichos ecológicos; pollos de engorde como ejemplo de animales de producción, moscas (Musca domestica) como vectores mecánicos y reservorios de genes de resistencia que contribuyen a la diseminación de resistencias en el ambiente de granja; y finalmente, cigüeñas blancas (Ciconia ciconia) como ejemplo de vectores de larga distancia y centinelas de la presión humana. Con este enfoque, intentamos entender la transmisibilidad de las resistencias entre nichos diferentes; e identificar los clones, los genes de resistencia y los plásmidos involucrados.

Bacteria resistant to antimicrobials, and specifically to extended-spectrum beta-lactamases (ESBLs), have become of increasing concern. Its prevalence has increased fast worldwide due to a pandemic dissemination of plasmids and the introduction of ESBL resistance genes into successful clones (Coque, Baquero et al. 2008, Brolund 2014). According to the World Health Organization (WHO), the most critical antimicrobials in human and animal health are third-generation cephalosporins, fluoroquinolones, macrolides and aminoglycosides (Collignon, Powers et al. 2009, Collignon, Conly et al. 2016). Therefore, this thesis has focused in resistance to cephalosporins and particularly to ESBLs and AmpC type of resistance. Due to the overuse of antimicrobials in humans and veterinary medicine, the emergence of multi-drug resistance has increased in the last decades. Most of the research has focused on the epidemiology of antibiotic resistance in human and veterinary medicine; however, in the last years it has been an increasing attention on how multiresistant bacteria circulates in natural environments and how these niches can act as reservoirs of resistant traits (Allen, Donato et al. 2010). Once the resistant bacteria are present in the environment, it can easily get in contact with humans. Through the studies compiled in this thesis, we have investigated the occurrence and mechanisms of dissemination of cephalosporin resistance (CR) Escherichia coli from different ecological niches; broilers as an example of food-producing animals, houseflies (Musca domestica) as mechanical vectors and reservoir of resistance genes contributing to the spread of resistance in the farm environment; and finally white storks (Ciconia ciconia) as an example of long-distance vectors and sentinels of human pressure. With this approach, we intend to understand the transmissibility of these resistances among different niches; and identify clones, resistance genes and plasmids involved.