Rol dels agents infecciosos en el desenvolupament de la diarrea postdeslletament en el porc: aprofundint en la caracterització de soques entèriques d’ Escherichia coli i el seu perfil de resistències antimicrobianes de rellevància sanitària

Abstract

La diarrea al postdeslletament genera greus problemàtiques sanitàries i econòmiques arreu del món, però la seva etiologia multifactorial fa que la seva comprensió no sigui completa. L’objectiu principal d’aquesta tesi va ser esbrinar el rol dels principals patògens i la microbiota en la presentació de la diarrea al postdeslletament. Conseqüentment, es va realitzar l’estudi 1. Rotavirus A va ser l’únic agent infecciós que es va relacionar de forma clara amb la presentació de diarrea, mentre que la majoria dels factors de virulència clàssics d’Escherichia coli no es trobaven associats amb la malaltia. Respecte a la microbiota, es va observar una gran heterogeneïtat de resultats entre granges, però a nivell general es va observar que el fílum Fusobacteriota s’associava amb la diarrea, mentre que la família Ruminococcaceae era més freqüent en animals sans. També, de cara a la prevenció de Rotavirus A, es va observar un efecte protector del gènere Lactobacillus. A l’estudi 2, es va caracteritzar fenotípicament els nivells de resistències antimicrobianes derivades dels tractaments antibiòtics. Es va detectar uns nivells d’elevats de multirresistència (MDR), sobretot a famílies d’antibiòtics de categoria D i C, però també a d’altres de rellevància sanitària com les quinolones i la colistina. A part, les soques aïllades d’animals malalts van ser estadísticament més resistents que les d’animals sans. Al tercer estudi, es va procedir a caracteritzar les soques a nivell genotípic mitjançant la seqüenciació de genoma complet. Com era d’esperar després dels anàlisis fenotípics, la freqüència de gens de resistència era alta i es van detectar gens de rellevància per la salut pública com aquells que confereixen resistència a les quinolones o a la colistina o les beta-lactamases d’espectre estès. Emperò altres famílies de gens de rellevància detectades en animals de renta en altres regions com les carbapenemases no es van detectar. També es va estudiar la localització en plasmidis o cromosomes de cada gen de resistència als antibiòtics i als metalls pesants. Els primers es van localitzar majoritàriament en plasmidis, mentre que els segons es trobaven en el cromosoma. En els pocs casos de colocalització en un mateix plasmidi, predominaven els gens que conferien tolerància al mercuri, un contaminant ambiental no utilitzat en la indústria porcina. Finalment, també es va observar que el gen de resistència a la colistina mcr-4 es trobava localitzat únicament en el plasmidi ColE10, la qual cosa obre la porta a utilitzar aquest plasmidi com a diana terapèutica per controlar el gen. Finalment, a l’estudi 4, donat que, tot i la seva manca d’ús, la resistència a la colistina era encara present, es va estudiar, mitjançant els genomes disponibles a NCBI Pathogen Detection, l’adaptació del context genòmic de mcr-1 a la restricció de l’ús de la colistina a escala global. El gen es localitzava principalment en 3 plasmidis: IncI2, IncX4 i IncHI2, essent els dos primers especialistes en portar el gen mcr-1, mentre que el tercer era un plasmidi MDR. Existien diferències entre Europa i Àsia, ja que al continent europeu predominava IncX4, en contrast amb l’asiàtic on preponderava IncI2. L’adaptació a la restricció de l’ús també va ser diferent. A Europa es va produir un canvi del plasmidi MDR IncHI2, pel plasmidi especilitzat per mcr-1 IncX4. En canvi, a Àsia, es van veure incrementades aquelles variants de la regió promotora (relacionades amb un menor cost adaptatiu) associades amb la pèrdua de la seqüència d’inserció ISApl1, fent palès que cada regió necessita ser estudiada independentment.

La diarrea postdestete genera graves problemáticas sanitarias y económicas en todo el mundo, pero su etiología multifactorial dificulta su comprensión completa. El objetivo principal de esta tesis fue investigar el papel de los principales patógenos y la microbiota en la presentación de la diarrea postdestete. Consecuentemente, se realizó el Estudio 1. El rotavirus A fue el único agente infeccioso que se relacionó de forma clara con la presentación de la diarrea, mientras que la mayoría de los factores de virulencia clásicos de Escherichia coli no estaban asociados con la enfermedad. Respecto a la microbiota, se observó una gran heterogeneidad de resultados entre granjas, pero a nivel general se observó que el filo Fusobacteriota estaba asociado con la diarrea, mientras que la familia Ruminococcaceae era más frecuente en animales sanos. Además, en cuanto a la prevención del rotavirus A, se observó un efecto protector del género Lactobacillus. En el Estudio 2, se caracterizaron fenotípicamente los niveles de resistencias antimicrobianas derivadas de los tratamientos antibióticos. Se detectaron altos niveles de multirresistencia (MDR), sobre todo a familias de antibióticos de las categorías D y C, pero también a otros de relevancia sanitaria como las quinolonas y la colistina. Además, las cepas aisladas de animales enfermos fueron estadísticamente más resistentes que las de animales sanos. En el tercer estudio, se procedió a caracterizar genotípicamente las cepas mediante la secuenciación de genoma completo. Como era de esperar tras los análisis fenotípicos, la frecuencia de genes de resistencia era alta y se detectaron genes de relevancia para la salud pública, como aquellos que confieren resistencia a las quinolonas, la colistina o las beta-lactamasas de espectro extendido. Sin embargo, otras familias de genes de relevancia detectadas en animales de renta en otras regiones, como las carbapenemasas, no se detectaron. También se estudió la localización en plásmidos o cromosomas de cada gen de resistencia a los antibióticos y a los metales pesados. Los primeros se localizaron mayoritariamente en plásmidos, mientras que los segundos se encontraban en el cromosoma. En los pocos casos de colocalización en un mismo plásmido, predominaban los genes que conferían tolerancia al mercurio, un contaminante ambiental no utilizado en la industria porcina. Finalmente, también se observó que el gen de resistencia a la colistina mcr-4 se encontraba localizado únicamente en el plásmido ColE10, lo que abre la puerta a utilizar este plásmido como diana terapéutica para controlar el gen. Finalmente, en el Estudio 4, dado que, a pesar de su falta de uso, la resistencia a la colistina seguía presente, se estudió, mediante los genomas disponibles en NCBI Pathogen Detection, la adaptación del contexto genómico de mcr-1 a la restricción del uso de la colistina a escala global. El gen se localizaba principalmente en tres plásmidos: IncI2, IncX4 e IncHI2, siendo los dos primeros especialistas en portar el gen mcr-1, mientras que el tercero era un plásmido MDR. Existían diferencias entre Europa y Asia, ya que en el continente europeo predominaba IncX4, en contraste con el asiático, donde preponderaba IncI2. La adaptación a la restricción del uso también fue diferente. En Europa se produjo un cambio del plásmido MDR IncHI2, por el plásmido especializado para mcr-1 IncX4. En cambio, en Asia, se incrementaron aquellas variantes de la región promotora (relacionadas con un menor coste adaptativo) asociadas con la pérdida de la secuencia de inserción ISApl1, evidenciando que cada región necesita ser estudiada de forma independiente.

Postweaning diarrhea causes serious health and economic problems worldwide, but its multifactorial etiology makes it difficult to fully understand. The main objective of this thesis was to investigate the role of key pathogens and the microbiota in the onset of post-weaning diarrhea. Consequently, Study 1 was conducted. Rotavirus A was the only infectious agent clearly associated with diarrhea, while most of the classical virulence factors of Escherichia coli were not linked to the disease. Regarding the microbiota, a large heterogeneity of results was observed between farms, but overall, the Fusobacteriota phylum was associated with diarrhea, whereas the Ruminococcaceae family was more frequent in healthy animals. Additionally, in terms of preventing Rotavirus A, a protective effect of the Lactobacillus genus was observed. In Study 2, the antimicrobial resistance levels resulting from antibiotic treatments were phenotypically characterized. High levels of multidrug resistance (MDR) were detected, especially to category D and C antibiotics, but also to others of health relevance, such as quinolones and colistin. Furthermore, isolates from sick animals were statistically more resistant than those from healthy animals. In the third study, strains were genotypically characterized by whole genome sequencing. As expected from the phenotypic analyses, the frequency of resistance genes was high, and genes of public health significance were detected, including those conferring resistance to quinolones, colistin, and extended-spectrum beta-lactamases. However, other relevant gene families detected in livestock from other regions, such as carbapenemases, were not found. The localization of antibiotic and heavy metal resistance genes on plasmids or chromosomes was also studied. The former were mainly found on plasmids, while the latter were located on the chromosome. In the few cases of colocalization on the same plasmid, genes conferring mercury tolerance, an environmental pollutant not used in the swine industry, predominated. Finally, the colistin resistance gene mcr-4 was found exclusively on the ColE10 plasmid, which opens the door to using this plasmid as a therapeutic target to control the gene. In Study 4, since colistin resistance was still present despite its lack of use, the adaptation of the genomic context of mcr-1 to the global restriction of colistin use was studied using genomes available from NCBI Pathogen Detection. The gene was primarily located on three plasmids: IncI2, IncX4, and IncHI2, with the first two being specialists in carrying the mcr-1 gene, while the third was an MDR plasmid. There were differences between Europe and Asia, as IncX4 predominated in Europe, in contrast to Asia, where IncI2 was more common. Adaptation to usage restriction also varied. In Europe, there was a shift from the MDR plasmid IncHI2 to the mcr-1 specialized IncX4 plasmid. In contrast, in Asia, promoter region variants (associated with a lower adaptive cost) increased, related to the loss of the insertion sequence ISApl1, highlighting that each region needs to be studied independently.