Unveiling the high diversity of clones and antimicrobial resistance genes in Escherichia coli originating from ST10 across different ecological niches

Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Laboratório de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico. Núcleo de Análises de Alimentos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Departamento de Bioquímica. Laboratório de Análises Avançadas em Bioquímica e Biologia Molecular. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Laboratório de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico. Núcleo de Análises de Alimentos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Departamento de Bioquímica. Laboratório de Análises Avançadas em Bioquímica e Biologia Molecular. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Vice-Diretoria de Laboratórios de Referência, Ambulatórios e Coleções Biológicas. Coleções Microbiológicas. Coleção de Campylobacter. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
National University of San Marcos. Faculty of Veterinary Medicine. Laboratory of Veterinary Pharmacology and Toxicology. Lima, Peru.
National University of San Marcos. Faculty of Veterinary Medicine. Laboratory of Immunology. Lima, Peru.
Federal University of Mato Grosso. Animal Science Program. Cuiabá, MT, Brasil / Federal University of Mato Grosso. Nutrition, Food and Metabolism Program. Cuiabá, MT, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Laboratório de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico. Núcleo de Análises de Alimentos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Química. Departamento de Bioquímica. Laboratório de Análises Avançadas em Bioquímica e Biologia Molecular. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Abstract

In this pioneering in silico study in Peru, we aimed to analyze Escherichia coli (E. coli) genomes for antimicrobial resistance genes (ARGs) diversity and virulence and for its mobilome. For this purpose, 469 assemblies from human, domestic, and wild animal hosts were investigated. Of these genomes, three were E. coli strains (pv05, pv06, and sf25) isolated from chickens in our previous study, characterized for antimicrobial susceptibility profile, and sequenced in this study. Three other genomes were included in our repertoire for having rare cgMLSTs. The phenotypic analysis for antimicrobial resistance revealed that pv05, pv06, and sf25 strains presented multidrug resistance to antibiotics belonging to at least three classes. Our in silico analysis indicated that many Peruvian genomes included resistance genes, mainly to the aminoglycoside class, ESBL-producing E. coli, sulfonamides, and tetracyclines. In addition, through Multi-locus Sequence Typing, we found more than 180 different STs, with ST10 being the most prevalent among the genomes. Pan-genome mapping revealed that, with new lineages, the repertoire of accessory genes in E. coli increased, especially genes related to resistance and persistence, which may be carried by plasmids. The results also demonstrated several genes related to adhesion, virulence, and pathogenesis, especially genes belonging to the high pathogenicity island (HPI) from Yersinia pestis, with a prevalence of 42.2% among the genomes. The complexity of the genetic profiles of resistance and virulence in our study highlights the adaptability of the pathogen to different environments and hosts. Therefore, our in silico analysis through genome sequencing enables tracking the epidemiology of E. coli from Peru and the future development of strategies to mitigate its survival.

Keywords

E. coli
Sequence types
Multidrug resistance
High pathogenicity island
Whole genome sequencing

Publisher

MDPI

Citation

MACHADO, Maxsueli Aparecida Moura et al. Unveiling the high diversity of clones and antimicrobial resistance genes in Escherichia coli originating from ST10 across different ecological niches. Antibiotics, v. 13, n. 8, p. 1-12, 6 Aug. 2024.

DOI

10.3390/antibiotics13080737

ISSN

2079-6382

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