Colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in humans and backyard animals in Ecuador.

Objective: Colistin is an antibiotic of last resort for treating serious Gram-negative bacterial infections. However, the misuse of colistin, especially as an animal growth promoter, has contributed to increasing antimicrobial resistance, mediated mainly through plasmid transfer of the mcr-1 gene. This study assessed the prevalence of phenotypic and molecular colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in Ecuador in healthy humans and their chickens and pigs. Methods: Fecal samples were collected from humans and their chickens and pigs in two rural coastal and Amazon regions between April and August 2020. Gram-negative bacteria were isolated and identified using conventional techniques. Phenotypic resistance was determined using the broth microdilution technique, and the mcr-1 gene was detected using conventional polymerase chain reaction. Results: A total of 438 fecal samples were obtained from 137 humans, 147 pigs and 154 chickens. The prevalence of E. coli isolates was 86.3% (378/438) and K. pneumoniae, 37.4% (164/438). Overall, the mcr-1 gene was found in 90% (340/378) of E. coli isolates, with higher prevalences found in isolates from coastal regions (96.5%, 191/198), humans (95.6%, 111/116) and chickens (91.8%, 123/134); for K. pneumoniae, the gene was found in 19.5% (32/164) of isolates, with equal distribution between regions and hosts. Only four isolates, two E. coli and two K. pneumoniae, showed phenotypic resistance: mcr-1 was present in both E. coli strains but absent in the K. pneumoniae strains. Conclusions: Despite a low prevalence of phenotypic resistance to colistin, the high prevalence of the mcr-1 gene in E. coli is of concern. Ecuador's ban on using colistin in animal husbandry must be enforced, and continual monitoring of the situation should be implemented.

Whole-genome sequencing for surveillance of antimicrobial resistance in Ecuador: present and future implications.

Whole-genome sequencing is becoming the gold standard for pathogen characterization and offers considerable advantages for understanding the evolution and dissemination of new determinants of antimicrobial resistance. Despite the benefits of whole-genome sequencing for pathogen characterization, implementation costs and lack of expertise may limit its use by public health laboratories. This article reviews the advantages of whole-genome sequencing for pathogen characterization and the current status of the use of whole-genome sequencing for antimicrobial resistance surveillance in Ecuador. A roadmap is suggested for including whole-genome sequencing for pathogen characterization based on the needs of the health reference institutions through alliances with Ecuadorian universities. Establishing a partnership between public health institutions and academia would be valuable for clinicians, policy-makers, and epidemiologists who could then take reasonable measures in those areas and establish a basis for adapting One Health strategies to tackle antimicrobial resistance in Ecuador.

La secuenciación del genoma completo, que está pasando a ser el estándar de referencia para la caracterización de agentes patógenos, ofrece ventajas considerables para comprender la evolución y la diseminación de los nuevos determinantes de la resistencia a los antimicrobianos. Sin embargo, a pesar de los beneficios que genera, los costos de ejecución y la falta de experiencia pueden limitar su uso por parte de los laboratorios de salud pública. En este artículo se evalúan las ventajas de la secuenciación del genoma completo para la caracterización de agentes patógenos y el estado actual del uso de la secuenciación del genoma completo en la vigilancia de la resistencia a los antimicrobianos en Ecuador. Se propone una hoja de ruta para incluir la secuenciación del genoma completo para la caracterización de agentes patógenos según las necesidades de las instituciones de salud de referencia, lo que se haría por medio de alianzas con universidades ecuatorianas. Establecer una asociación entre las instituciones de salud pública y los círculos académicos sería sumamente valioso para los médicos, los responsables de las políticas y los epidemiólogos, que podrían adoptar medidas razonables en sus ámbitos y sentar una base para adaptar las estrategias de "Una salud" a fin de abordar la resistencia a los antimicrobianos en Ecuador.

O sequenciamento do genoma completo está se tornando o padrão ouro para a caracterização de patógenos e oferece vantagens consideráveis para a compreensão da evolução e disseminação de novos determinantes de resistência aos antimicrobianos. Apesar dos benefícios do sequenciamento do genoma completo para a caracterização de patógenos, os custos de implementação e a falta de especialização podem limitar seu uso pelos laboratórios de saúde pública. Este artigo analisa as vantagens do sequenciamento do genoma completo para a caracterização de patógenos e a situação atual do uso desta técnica para a vigilância da resistência aos antimicrobianos no Equador. Sugere-se um roteiro para incluir o sequenciamento de genomas completos para caracterização de patógenos com base nas necessidades das instituições de saúde de referência, por meio de alianças com universidades equatorianas. A criação de uma parceria entre instituições de saúde pública e entidades acadêmicas seria valiosa para clínicos, formuladores de políticas e epidemiologistas, que poderiam, assim, tomar medidas razoáveis nessas áreas e estabelecer uma base para adaptar estratégias de Saúde Única para combater a resistência aos antimicrobianos no Equador.

Colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in humans and backyard animals in Ecuador

[ABSTRACT]. Objective. Colistin is an antibiotic of last resort for treating serious Gram-negative bacterial infections. However, the misuse of colistin, especially as an animal growth promoter, has contributed to increasing antimicrobial resistance, mediated mainly through plasmid transfer of the mcr-1 gene. This study assessed the prevalence of phenotypic and molecular colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in Ecuador in healthy humans and their chickens and pigs. Methods. Fecal samples were collected from humans and their chickens and pigs in two rural coastal and Amazon regions between April and August 2020. Gram-negative bacteria were isolated and identified using conventional techniques. Phenotypic resistance was determined using the broth microdilution technique, and the mcr-1 gene was detected using conventional polymerase chain reaction. Results. A total of 438 fecal samples were obtained from 137 humans, 147 pigs and 154 chickens. The preva- lence of E. coli isolates was 86.3% (378/438) and K. pneumoniae, 37.4% (164/438). Overall, the mcr-1 gene was found in 90% (340/378) of E. coli isolates, with higher prevalences found in isolates from coastal regions (96.5%, 191/198), humans (95.6%, 111/116) and chickens (91.8%, 123/134); for K. pneumoniae, the gene was found in 19.5% (32/164) of isolates, with equal distribution between regions and hosts. Only four isolates, two E. coli and two K. pneumoniae, showed phenotypic resistance: mcr-1 was present in both E. coli strains but absent in the K. pneumoniae strains. Conclusions. Despite a low prevalence of phenotypic resistance to colistin, the high prevalence of the mcr-1 gene in E. coli is of concern. Ecuador’s ban on using colistin in animal husbandry must be enforced, and con- tinual monitoring of the situation should be implemented.

[RESUMEN]. Objetivo. La colistina es un antibiótico de último recurso para tratar infecciones graves por bacterias gramneg- ativas. Sin embargo, su uso indebido, especialmente para estimular el crecimiento animal, ha contribuido con el aumento de la resistencia a los antimicrobianos, mediada principalmente por la transferencia de plásmidos del gen mcr-1. En este estudio se evaluó la prevalencia de la resistencia fenotípica y molecular a la colistina de las bacterias Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae en humanos sanos, sus pollos y cerdos en Ecuador. Métodos. Se recolectaron muestras fecales de humanos, así como de sus pollos y cerdos, en dos zonas rurales de la región costera y la región amazónica entre abril y agosto del 2020. Se aislaron las bacterias gramnegativas y se identificaron empleando técnicas convencionales. Se determinó la resistencia fenotípica mediante la técnica de microdilución en caldo y se detectó el gen mcr-1 con la técnica convencional de reac- ción en cadena de la polimerasa. Resultados. Se obtuvo un total de 438 muestras fecales de 137 humanos, 147 cerdos y 154 pollos. La preva- lencia de E. coli en las cepas aisladas fue del 86,3% (378/438) y la de K. pneumoniae, del 37,4% (164/438). En general, se detectó el gen mcr-1 en el 90% (340/378) de las cepas aisladas de E. coli y la mayor prevalencia encontrada fue en cepas aisladas de la región costera (96,5%, 191/198), humanos (95,6%, 111/116) y pollos (91,8%, 123/134); en el caso de K. pneumoniae, el gen se encontró en el 19,5% (32/164) de las cepas, con una distribución equitativa entre regiones y hospedadores. Únicamente cuatro cepas aisladas, dos de E. coli y dos de K. pneumoniae, mostraron resistencia fenotípica: el gen mcr-1 estaba presente en ambas cepas de E. coli y ausente en las cepas de K. pneumoniae. Conclusiones. Si bien hubo una baja prevalencia de resistencia fenotípica a la colistina, la alta prevalencia del gen mcr-1 en E. coli es preocupante. Es necesario hacer cumplir la prohibición del uso de colistina en la cría de animales en Ecuador, así como realizar un seguimiento continuo de la situación.

[RESUMO]. Objetivo. A colistina é um antibiótico de último recurso para o tratamento de infecções graves por bac- térias Gram-negativas. Entretanto, o uso indevido da colistina, principalmente como promotor de crescimento animal, tem contribuído para o aumento da resistência a antimicrobianos, principalmente por transferência horizontal do gene mcr-1 mediada por plasmídeos. Este estudo avaliou a prevalência de resistência fenotípica e molecular à colistina em Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae no Equador em humanos hígidos e em galinhas e porcos por eles criados. Métodos. Entre abril e agosto de 2020, foram coletadas amostras de fezes de habitantes de duas regiões litorâneas e amazônicas do Equador e de galinhas e porcos por eles criados. Bactérias Gram-negativas foram isoladas e identificadas por meio de técnicas convencionais. A resistência fenotípica foi determinada pela técnica de microdiluição em caldo, e o gene mcr-1 foi detectado por reação em cadeia da polimerase convencional. Resultados. Foram obtidas 438 amostras fecais de 137 humanos, 147 suínos e 154 galinhas. A prevalência de isolados de E. coli foi de 86,3% (378/438), e de K. pneumoniae, 37,4% (164/438). Em geral, o gene mcr-1 foi encontrado em 90% (340/378) dos isolados de E. coli, com maiores prevalências encontradas em isola- dos de regiões litorâneas (96,5%, 191/198), humanos (95,6%, 111/116) e galinhas (91,8%, 123/134); para K. pneumoniae, o gene foi encontrado em 19,5% (32/164) dos isolados, com igual distribuição entre regiões e hospedeiros. Somente quatro isolados, dois de E. coli e dois de K. pneumoniae, demonstraram resistência fenotípica: o gene mcr-1 estava presente em ambas as cepas de E. coli, mas ausente nas de K. pneumoniae. Conclusões. Apesar da baixa prevalência de resistência fenotípica à colistina, a alta prevalência do gene mcr-1 em E. coli é preocupante. É preciso fiscalizar a proibição ao uso agropecuário de colistina no Equador e implementar o monitoramento contínuo da situação.

Colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in humans and backyard animals in Ecuador / Resistencia a la colistina de las bacterias Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae en humanos y animales de granja en Ecuador / Resistência à colistina em Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae em humanos e animais de quintal no Equador

ABSTRACT Objective. Colistin is an antibiotic of last resort for treating serious Gram-negative bacterial infections. However, the misuse of colistin, especially as an animal growth promoter, has contributed to increasing antimicrobial resistance, mediated mainly through plasmid transfer of the mcr-1 gene. This study assessed the prevalence of phenotypic and molecular colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in Ecuador in healthy humans and their chickens and pigs. Methods. Fecal samples were collected from humans and their chickens and pigs in two rural coastal and Amazon regions between April and August 2020. Gram-negative bacteria were isolated and identified using conventional techniques. Phenotypic resistance was determined using the broth microdilution technique, and the mcr-1 gene was detected using conventional polymerase chain reaction. Results. A total of 438 fecal samples were obtained from 137 humans, 147 pigs and 154 chickens. The prevalence of E. coli isolates was 86.3% (378/438) and K. pneumoniae, 37.4% (164/438). Overall, the mcr-1 gene was found in 90% (340/378) of E. coli isolates, with higher prevalences found in isolates from coastal regions (96.5%, 191/198), humans (95.6%, 111/116) and chickens (91.8%, 123/134); for K. pneumoniae, the gene was found in 19.5% (32/164) of isolates, with equal distribution between regions and hosts. Only four isolates, two E. coli and two K. pneumoniae, showed phenotypic resistance: mcr-1 was present in both E. coli strains but absent in the K. pneumoniae strains. Conclusions. Despite a low prevalence of phenotypic resistance to colistin, the high prevalence of the mcr-1 gene in E. coli is of concern. Ecuador's ban on using colistin in animal husbandry must be enforced, and continual monitoring of the situation should be implemented.

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RESUMO Objetivo. A colistina é um antibiótico de último recurso para o tratamento de infecções graves por bactérias Gram-negativas. Entretanto, o uso indevido da colistina, principalmente como promotor de crescimento animal, tem contribuído para o aumento da resistência a antimicrobianos, principalmente por transferência horizontal do gene mcr-1 mediada por plasmídeos. Este estudo avaliou a prevalência de resistência fenotípica e molecular à colistina em Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae no Equador em humanos hígidos e em galinhas e porcos por eles criados. Métodos. Entre abril e agosto de 2020, foram coletadas amostras de fezes de habitantes de duas regiões litorâneas e amazônicas do Equador e de galinhas e porcos por eles criados. Bactérias Gram-negativas foram isoladas e identificadas por meio de técnicas convencionais. A resistência fenotípica foi determinada pela técnica de microdiluição em caldo, e o gene mcr-1 foi detectado por reação em cadeia da polimerase convencional. Resultados. Foram obtidas 438 amostras fecais de 137 humanos, 147 suínos e 154 galinhas. A prevalência de isolados de E. coli foi de 86,3% (378/438), e de K. pneumoniae, 37,4% (164/438). Em geral, o gene mcr-1 foi encontrado em 90% (340/378) dos isolados de E. coli, com maiores prevalências encontradas em isolados de regiões litorâneas (96,5%, 191/198), humanos (95,6%, 111/116) e galinhas (91,8%, 123/134); para K. pneumoniae, o gene foi encontrado em 19,5% (32/164) dos isolados, com igual distribuição entre regiões e hospedeiros. Somente quatro isolados, dois de E. coli e dois de K. pneumoniae, demonstraram resistência fenotípica: o gene mcr-1 estava presente em ambas as cepas de E. coli, mas ausente nas de K. pneumoniae. Conclusões. Apesar da baixa prevalência de resistência fenotípica à colistina, a alta prevalência do gene mcr-1 em E. coli é preocupante. É preciso fiscalizar a proibição ao uso agropecuário de colistina no Equador e implementar o monitoramento contínuo da situação.

Whole-genome sequencing for surveillance of antimicrobial resistance in Ecuador: present and future implications / Secuenciación del genoma completo para la vigilancia de la resistencia a los antimicrobianos en Ecuador: implicaciones actuales y futuras / Sequenciamento do genoma completo para vigilância da resistência aos antimicrobianos no Equador: implicações presentes e futuras

ABSTRACT Whole-genome sequencing is becoming the gold standard for pathogen characterization and offers considerable advantages for understanding the evolution and dissemination of new determinants of antimicrobial resistance. Despite the benefits of whole-genome sequencing for pathogen characterization, implementation costs and lack of expertise may limit its use by public health laboratories. This article reviews the advantages of whole-genome sequencing for pathogen characterization and the current status of the use of whole-genome sequencing for antimicrobial resistance surveillance in Ecuador. A roadmap is suggested for including whole-genome sequencing for pathogen characterization based on the needs of the health reference institutions through alliances with Ecuadorian universities. Establishing a partnership between public health institutions and academia would be valuable for clinicians, policy-makers, and epidemiologists who could then take reasonable measures in those areas and establish a basis for adapting One Health strategies to tackle antimicrobial resistance in Ecuador.

RESUMEN La secuenciación del genoma completo, que está pasando a ser el estándar de referencia para la caracterización de agentes patógenos, ofrece ventajas considerables para comprender la evolución y la diseminación de los nuevos determinantes de la resistencia a los antimicrobianos. Sin embargo, a pesar de los beneficios que genera, los costos de ejecución y la falta de experiencia pueden limitar su uso por parte de los laboratorios de salud pública. En este artículo se evalúan las ventajas de la secuenciación del genoma completo para la caracterización de agentes patógenos y el estado actual del uso de la secuenciación del genoma completo en la vigilancia de la resistencia a los antimicrobianos en Ecuador. Se propone una hoja de ruta para incluir la secuenciación del genoma completo para la caracterización de agentes patógenos según las necesidades de las instituciones de salud de referencia, lo que se haría por medio de alianzas con universidades ecuatorianas. Establecer una asociación entre las instituciones de salud pública y los círculos académicos sería sumamente valioso para los médicos, los responsables de las políticas y los epidemiólogos, que podrían adoptar medidas razonables en sus ámbitos y sentar una base para adaptar las estrategias de "Una salud" a fin de abordar la resistencia a los antimicrobianos en Ecuador.

RESUMO O sequenciamento do genoma completo está se tornando o padrão ouro para a caracterização de patógenos e oferece vantagens consideráveis para a compreensão da evolução e disseminação de novos determinantes de resistência aos antimicrobianos. Apesar dos benefícios do sequenciamento do genoma completo para a caracterização de patógenos, os custos de implementação e a falta de especialização podem limitar seu uso pelos laboratórios de saúde pública. Este artigo analisa as vantagens do sequenciamento do genoma completo para a caracterização de patógenos e a situação atual do uso desta técnica para a vigilância da resistência aos antimicrobianos no Equador. Sugere-se um roteiro para incluir o sequenciamento de genomas completos para caracterização de patógenos com base nas necessidades das instituições de saúde de referência, por meio de alianças com universidades equatorianas. A criação de uma parceria entre instituições de saúde pública e entidades acadêmicas seria valiosa para clínicos, formuladores de políticas e epidemiologistas, que poderiam, assim, tomar medidas razoáveis nessas áreas e estabelecer uma base para adaptar estratégias de Saúde Única para combater a resistência aos antimicrobianos no Equador.

Extended-Spectrum Beta-Lactamases Producing Escherichia coli in South America: A Systematic Review with a One Health Perspective.

Purpose: Extended-spectrum beta-lactamase-producing (ESBL) Enterobacteriaceae, which includes Escherichia coli, has emerged as a global health threat. ESBL enzymes including CTX-M, TEM, and SHV are the most detected. Here, a systematic review was developed to assess the status of ESBLs in E. coli considering studies performed in the human, animal, food, and environmental realms in South America. Methods: Following PRISMA guidelines, a systematic review was performed using the PubMed database as a primary source to identify studies containing data on ESBL-producing E. coli in South America. To obtain a comprehensive sample, studies in English, Spanish, and Portuguese were included from 1990 to April 2021. Inclusion such as the reporting of sample origin and diagnostic method and exclusion criteria such as review/letter articles were established to complete data extraction steps. Results: Amongst 506 articles retrieved, 130 met the inclusion criteria. Brazil reported 65 (50%) of publications, followed by Argentina, and Ecuador with 11.5% each. According to the category of studies, human studies represented the 56%, animals the 20%, environmental the 11%, and food studies the 6%. Interestingly, studies assessing more than one category (ie, interdisciplinary) represented the 7%. Prevalence of ESBL producing E. coli in animal, food, and environmental studies was widely superior compared to human sources. In clinical studies, Brazil presented the greatest diversity in terms of ESBLs, featuring CTX-M, TEM, SHV, TOHO, OXA, and AmpC. CTX-M enzymes were the most frequent variants with 89.4% detections. Conclusion: The present One Health review of 130 studies conducted over the past 21 years found ESBLs producing E. coli distributed across human, animal, food, and environmental samples across South America. There is a need to increment studies in underrepresented countries and to strengthen multi-sectoral antimicrobial resistance research and surveillance. This information can be used as basis for subsequent implementation of monitoring programs, targeting potential critical points of transmission sources.