Genomic characterization and molecular epidemiology of thermophilic Campylobacter isolated from poultry meat products marketed in Southern Brazil

Campylobacter spp. is the foodborne pathogen considered to be the most common bacterial cause of human gastroenteritis, and is responsible for as many as 400-500 million cases worldwide each year. This pathogen is a common inhabitant of the broilers gut and often causes human disease through consumption of contaminated poultry meat. The aim of this study was to analize the molecular epidemiology and characterize the thermophilic Campylobacter genome isolated from poultry meat products marketed in Southern Brazil. The genetic relationship among C. jejuni and C. coli isolates was evaluated by the pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) technique, the resistance to macrolides, ciprofloxacin and tetracyclines was evaluated by the disk diffusion method, whereas the detection of virulence-associated genes was evaluated by the polymerase chain reaction (PCR). Two C. jejuni isolates were submitted to whole-genome sequence and comparative analysis based on the reference genome C. jejuni NCTC 11168. A high genetic diversity was identified among C. jejuni and C. coli isolates evaluated, although the recurrence of some clones has been observed. High levels of resistance to tetracyclines and ciprofloxacin were observed, while lower levels of resistance to macrolides and multidrug resistance were identified. The isolates also carryed several virulence-associated genes, but no specific gene was related to antimicrobial resistance. The PFGE technique and the virulence-associated genes research had greater discriminatory power, but the antimicrobial resistance analysis provided importante information about the isolates improving the differentiation among them. The first genomic analysis of two C. jejuni isolated in Brazil revelated differences in multilocus sequence typing (MLST). Moreover, the comparative reference analysis revealed differences in genomic structure (SNPs, rearrangements and inversions) in both genomes, as well as the presence of some virulence-associated genes and of mobile genetic elements such as transposons, genomic islands and prophages sequences. Mechanisms of antimicrobial resistance and a new virulence megaplasmid were also identified. In general, it can be concluded that the presence of a diversity of antimicrobial resistant and potentially virulent Campylobacter isolates contaminating the poultry meat products in Brazil represent a potential risk to health of consumers, since this country is the world's largest exporter of chicken meat. This demonstrates the need of more rigorous control measures for Campylobacter in poultry production chain from Brazil.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESCampylobacter spp. é o patógeno de origem alimentar considerado a causa bacteriana mais comum de gastroenterite humana, responsável por cerca de 400 a 500 milhões de casos anualmente em todo o mundo. Este patógeno é um habitante comum do intestino de frangos de corte e, frequentemente, causa doença em humanos por meio do consumo de carne de frango contaminada. O objetivo deste estudo foi analisar a epidemiologia molecular e caracterizar o genoma de Campylobacter termofílicos isolados de produtos cárneos de frango comercializados no sul do Brasil. A relação genética entre os isolados de C. jejuni e C. coli foi avaliada pela técnica de pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), a resistência aos macrolídeos, ciprofloxacina e tetraciclinas foi avaliada pelo método de disco difusão, enquanto que a detecção de genes associados à virulência foi avaliada pela polymerase chain reaction (PCR). Dois isolados de C. jejuni foram submetidos ao sequenciamento genômico completo e análise comparativa baseada no genoma de referência C. jejuni NCTC 11168. Identificou-se grande diversidade genética entre os isolados de C. jejuni e C. coli avaliados, embora tenha-se observado recorrência de alguns clones. Foram observados níveis elevados de resistência às tetraciclinas e ciprofloxacina, enquanto que níveis menores de resistência aos macrolídeos e multirresistência foram identificados. Os isolados também portavam vários genes associados à virulência, mas nenhum gene específico foi relacionado com a resistência a antimicrobianos. A técnica de PFGE e a pesquisa de genes associados à virulência tiveram maior poder discriminatório, porém, a análise da resistência a antimicrobianos forneceu informações importantes sobre os isolados, melhorando a diferenciação entre eles. A primeira análise gênomica de dois C. jejuni isolados no Brasil revelou diferenças na multilocus sequence typing (MLST). Além disso, a análise comparativa de referência revelou diferenças na estrutura genômica (SNPs, rearranjos e inversões) em ambos os genomas, bem como a presença de alguns genes associados à virulência e de elementos genéticos móveis, como transposons, ilhas genômicas e sequências de profagos. Mecanismos de resistência a antimicrobianos e um novo megaplasmídeo de virulência também foram identificados. De modo geral, pode-se concluir que a presença de uma diversidade de isolados de Campylobacter resistentes a antimicrobianos e potencialmente virulentos contaminando produtos cárneos de frango no Brasil representa um risco potencial à saúde dos consumidores. Isso demonstra a necessidade de medidas de controle mais rigorosas para Campylobacter na cadeia de produção avícola do Brasil