La surutilisation actuelle d'antibiotiques en médecine et en agriculture a conduit à l'émergence de la résistance aux antimicrobiens, une grave menace pour la santé publique. Cependant, les recherches actuelles se sont largement concentrées sur les milieux cliniques, avec des recherches insuffisantes examinant les caractéristiques de résistance d'Escherichia coli provenant d'animaux malades, en particulier le risque de transmission de l'animal à l'homme.
Récemment, une équipe de recherche de l'Institut d'élevage et de médecine vétérinaire de l'Académie des sciences agricoles du Zhejiang et de l'École des sciences de la vie de l'Université des sciences et technologies de Chine a publié une nouvelle étude dans la revue mBio. En utilisant la technologie génomique, cette étude a analysé la résistance aux antibiotiques de 114 souches d'Escherichia coli provenant de porcs malades, collectées sur une période de 12 ans dans l'est de la Chine. L'étude a identifié, pour la première fois, des souches d'E. coli entérotoxigènes (ETEC) porteuses des gènes mcr-1 et mcr-3.
Introduction
L'utilisation inappropriée d'antibiotiques dans l'élevage et les soins de santé a conduit à la propagation généralisée de bactéries résistantes aux médicaments, porteuses de "gènes de super-résistance" (tels que blaNDM, mcr-1 et tet(X4)). Cela a affaibli l'efficacité des "antibiotiques de dernier recours" et entraîné une pénurie de nouveaux médicaments, créant un problème grave.
E. coli, en tant qu'agent pathogène zoonotique majeur, peut à la fois provoquer des maladies et propager des gènes de résistance aux médicaments dans les écosystèmes (tels que ceux porteurs des gènes à haut risque blaNDM-5, mcr-1 et tet(X4/X5)). Les effets combinés de sa forte virulence et de sa résistance multidrogue exacerbent le risque. Le séquençage complet du génome (WGS) est une technologie clé pour l'identification des gènes de résistance aux médicaments et de pathogénicité, fournissant une base pour la prévention et le contrôle des maladies animales et humaines.
Résultats de la recherche
1. Prévalence d'Escherichia coli dans cette étude
Comme le montre la figure 1A, cette étude a analysé 114 isolats d'E. coli provenant de porcs malades et morts de 82 élevages dans 11 villes de la province du Zhejiang entre 2010 et 2021. Ces porcs souffraient de diarrhée, de splénomégalie et d'hépatomégalie.
Comme le montre la figure 1B, l'analyse génomique a révélé 39 types de séquences (ST), dont ST88 (représentant 15,8 %) était le plus courant. La diversité ST la plus élevée a été observée à Shaoxing et Hangzhou. Plusieurs ST coexistaient au fil des ans et des villes. Certains types ST (tels que ST88) étaient constamment prévalents sur la période de neuf ans, tandis que d'autres (tels que ST117 et ST48) n'apparaissaient que pendant des périodes spécifiques. L'identification des spécimens était fiable, et de petites différences de SNP entre les souches suggéraient une possible transmission inter-élevages et variable dans le temps.
Figure 1. Caractéristiques épidémiologiques de 114 isolats d'Escherichia coli
Figure A : Distribution et temps d'échantillonnage dans la province du Zhejiang (marqueurs bleus)
Figure B : Association des souches avec la ville, l'année et les gènes de résistance aux médicaments à haut risque. L'épaisseur du trait correspond au nombre de souches.
Figure C : Arbre de portée minimale construit sur la base de MLST. La taille du nœud représente le nombre de souches, et la longueur de la branche reflète la variation génétique.
Conclusion : Les isolats d'E. coli provenant de porcs infectés dans le Zhejiang présentaient une grande diversité génétique (39 types ST). Cependant, de subtiles différences génétiques entre les souches suggèrent également le risque de transmission inter-élevages. La souche ST88 a démontré une activité épidémique soutenue pendant près de neuf ans.
Figure 2. ANI de 114 isolats d'E. coli
Les noms des souches d'E. coli isolées de 2010 à 2017 sont marqués en bleu, et les noms des souches d'E. coli isolées de 2018 à 2021 sont marqués en rose.
2. Analyse de la résistance aux antimicrobiens de 114 isolats d'E. coli
Les 114 isolats d'E. coli provenant de porcs malades présentaient généralement une résistance multidrogue sévère (99,12 % étaient résistants à trois classes de médicaments ou plus (figure 3B)). La résistance à l'ampicilline et aux préparations combinées atteignait 100 %, et la résistance à la ciprofloxacine et à la tétracycline dépassait 94 % (figure 3A). Notamment, 21,05 % des souches étaient résistantes à la colistine. Après 2018, le taux de résistance à la colistine (15,71 %) a diminué de manière significative par rapport à la période précédente (29,55 %) (comme le montre la figure 3C, 2018-2021). Cependant, le taux de résistance au florfénicol a augmenté à 94,29 %, tandis que les taux de résistance aux autres médicaments sont restés relativement stables. Ce changement dynamique peut être lié à des ajustements des politiques de médication.
Figure 3. Résistance aux antimicrobiens de 114 isolats d'E. coli
Figure A : Taux de résistance de 114 isolats à 13 antibiotiques ; Figure B : Distribution des souches multirésistantes ;
Figure C : Comparaison des changements des taux de résistance entre 2010-2017 et 2018-2021, avec des tests du chi-carré utilisés pour analyser la signification des différences.
Conclusion : Une résistance multidrogue sévère était prévalente dans E. coli isolé de porcs malades dans la province du Zhejiang, la résistance à la colistine étant particulièrement importante. Cependant, après l'interdiction en 2017, les taux de résistance ont diminué de manière significative, tandis que la résistance au florfénicol a augmenté. Ce changement dynamique est étroitement lié aux ajustements des politiques d'utilisation des médicaments.
3. Caractérisation des caractéristiques génomiques associées à la résistance aux antimicrobiens dans les isolats d'E. coli
L'étude a révélé que les 114 isolats d'E. coli provenant de porcs malades portaient en moyenne 4,9 plasmides, le plasmide IncFIB étant le plus courant (78,07 % des souches). Toutes les souches hébergeaient au moins deux gènes de résistance aux médicaments (ARG), et 80,7 % hébergeaient plus de 10 ARG, mdf(A), tet(A), floR et sul2 étant les plus prévalents. Les principales conclusions ont révélé de fortes associations entre des plasmides spécifiques et des gènes de résistance aux médicaments (par exemple, le type IncHI2 avec aadA2b/sul3/tet(A), et le type IncI2 avec mcr-1), et des expériences ont confirmé que les plasmides IncI2 peuvent efficacement médier le transfert du gène mcr-1 entre les souches.
Figure 4. Résultats de la prédiction des gènes de résistance acquis dans 114 isolats d'Escherichia coli
Figure 5. Coefficients de corrélation entre les ARG et les réplicons plasmidiques dans 114 isolats d'E. coli
Conclusion : E. coli provenant de porcs malades porte couramment de multiples plasmides et est enrichi en gènes de résistance. Les plasmides IncI2 se sont avérés être des vecteurs très efficaces pour le transfert horizontal du gène de résistance clé mcr-1.
4. Identification des caractéristiques génomiques associées à la virulence dans les isolats d'E. coli
L'étude a révélé que les 114 isolats d'E. coli analysés portaient au moins un gène de virulence, près de 80 % en hébergeant au moins 10. Parmi ceux-ci, le gène terC était le plus courant (99,12 %), suivi du gène traT (81,58 %). D'autres gènes de virulence clés, stb, sta1, stx2A, stx2B et astA, sont apparus dans 24,56 % à 36,84 % des isolats. L'analyse a révélé des corrélations significatives entre des types de souches spécifiques (types ST) et certains gènes de virulence : ST501 était associé à stb et sta1, ST100 à astA et stb, et ST88 et ST4214 à stb, sta1, stx2A et stx2B. De plus, des relations de co-occurrence significatives ont été observées entre astA et stb, et entre stb, sta1, stx2A et stx2B. L'étude a également identifié 28 Escherichia coli producteurs de shigatoxines (STEC), 43 Escherichia coli entérotoxigènes (ETEC) et un Escherichia coli producteur d'EPEC (EPEC).
Figure 6. Résultats de la prédiction des gènes de virulence pour 114 isolats d'E. coli
Les grilles rouges indiquent les gènes de virulence d'E. coli à haut risque connus, tandis que les grilles roses indiquent les gènes de virulence courants.
Conclusion : E. coli isolé de porcs malades porte couramment de multiples gènes de virulence. Des types de souches spécifiques (tels que ST501/ST100) sont significativement associés à des gènes de toxines clés, et des sous-types pathogènes tels que STEC, ETEC et EPEC ont été identifiés avec succès.
5. Caractérisation génomique des plasmides porteurs de mcr-1 et mcr-3
L'étude a révélé que deux souches d'E. coli portent à la fois les gènes mcr-1 et mcr-3. Ces gènes sont situés sur différents plasmides : mcr-1 est situé sur un plasmide IncI2, qui a une structure simple et un potentiel de transmission élevé, tandis que mcr-3 est situé sur un plasmide IncHI2, qui est complexe et diversifié et porte de multiples gènes de résistance aux médicaments.
Figure 7. Analyse comparative des plasmides porteurs de mcr et tet(X4) avec des plasmides précédemment signalés à l'aide des outils BLAST.
Conclusion : Les gènes mcr-1 et mcr-3 dans E. coli se sont avérés être situés sur des plasmides structurellement simples (IncI2) et complexes (IncHI2), respectivement, suggérant différents mécanismes de transmission des gènes de résistance.
6. Caractérisation génomique des plasmides porteurs de tet(X4)
L'étude a révélé que deux souches d'E. coli résistantes à la tigécycline portaient deux plasmides tet(X4) structurellement distincts : le petit plasmide p626A1-38K-tetX4 (type IncX1, structure simple, contenant tet(X4) et floR) et le grand plasmide p802A1-191K-tetX4 (type complexe, contenant tet(X4) et cinq autres gènes de résistance). Les deux sont similaires à l'épine dorsale des plasmides épidémiques connus, et il existe des régions mobiles autour de tet(X4) contenant de multiples gènes de résistance et des séquences d'insertion, suggérant un risque de transmission élevé.
Figure 8. Analyse de l'environnement génétique du gène mcr
A : Environnement génétique du gène *mcr-3* dans les plasmides p204A1-223K-mcr3 et p602A1-220K-mcr3 ;
B : Environnement génétique du gène *mcr-1* dans les plasmides p204A1-63K-mcr1 et p602A1-65K-mcr1.
Conclusion : Cette étude a révélé que les deux plasmides tet(X4) structurellement distincts portés par E. coli résistant à la tigécycline possèdent tous deux des caractéristiques d'épine dorsale similaires à celles des plasmides prévalents et contiennent des régions mobiles entourant les gènes, indiquant un risque élevé de transmission.
Conclusions
Cette étude a révélé une résistance multidrogue généralisée (y compris aux médicaments de dernier recours) dans Escherichia coli isolé de porcs malades dans l'est de la Chine. Les gènes de résistance clés, mcr-1/mcr-3/tet(X4), ont été transmis via un plasmide complexe (type IncI2/IncHI2). Cela confirme que les plasmides sont les vecteurs centraux de la transmission de la résistance aux médicaments et appelle à une intervention immédiate pour prévenir la propagation des bactéries résistantes aux médicaments des animaux aux humains et à l'environnement.
Votre message doit contenir entre 20 et 3 000 caractères!