Evolution of pathogenic Escherichia coli harboring the transmissible locus of stress tolerance: from food sources to clinical environments

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. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal de Minas Gerais. Escola de Veterinária. Departamento de Medicina Veterinária Preventiva. Laboratório de Bioinformática Integrativa. Belo Horizonte, MG, Brasil.
Georg-August-Universität Göttingen. Göttingen, Germany.
Universidade Federal do Vale do São Francisco. Campus Ciências Agrárias. Petrolina, PE, Brasil.
Universidade Federal de Minas Gerais. Escola de Veterinária. Departamento de Medicina Veterinária Preventiva. Laboratório de Bioinformática Integrativa. Belo Horizonte, MG, Brasil.
Universidade Federal de Mato Grosso. Faculdade de Agronomia e Zootecnia. Cuiabá, MT, Brasil / Universidade Federal de Mato Grosso. Faculdade de Nutrição. Cuiabá, MT, Brasil.
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. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Abstract

Escherichia coli (E. coli) carrying the transmissible locus of stress tolerance (tLST) are able to overcome numerous environmental challenges. In our in-silico study, we aimed to characterize tLST in terms of its variants in 793 genomes of E. coli from Brazil originating from food, environmental and clinical (animal and human) sources, and to perform a temporal analysis in order to identify the historical moment of its emergence. We also analyzed the presence of two Yersinia high pathogenicity island (HPI) variants in E. coli genomes, describing other genes and accessory for resistance, persistence, mobile elements (plasmids) and sequence types. The prevalence of the tLST was 10% in E. coli from Brazil, predominantly observed in milk-originating genomes, within the prevalent tLSTCP010237 variant. In E. coli from other sources (clinical/environmental), only part of the tLST was present. Remarkably, our temporal analysis pinpointed the emergence of tLST back to around 1914, coinciding with major societal events. Regarding virulence genes, we found a prevalence of 38.5% for HPI of Y. pestis across genomes from all sources. Our global analysis also showed a high diversity of other virulence genes for milk E. coli (+ 100 genes). These genomes also stood out from the overall metadata for presenting a greater variety of resistance genes to other stresses, such as metals, biocides and acids, as well as persistence genes (biofilm formation). This study demonstrated the historical background of E. coli with tLST genes dating back more than 100 years, and the acquisition of a wide range of virulence and resistance genes that allow it to circulate in different environments: from food to clinic or from clinic to food, making this bacterium a pathogen that requires rigorous surveillance and strategic interventions to mitigate potential risks.

Keywords

E. coli
Locus of heat resistance
Virulence genes
Antimicrobial resistance genes
Highpathogenicity island

DeCS

Escherichia coli

Publisher

Nature Research

Citation

MACHADO, Maxsueli Aparecida Moura et al. Evolution of pathogenic Escherichia coli harboring the transmissible locus of stress tolerance: from food sources to clinical environments. Scientific Reports, v. 15, n. 5014, p. 1-11, 11 Feb. 2025.

DOI

10.1038/s41598-025-89066-1

ISSN

2045-2322

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