Escherichia coli and urinary tract infection in dogs and cats : clinical expression, virulence factors, antimicrobial resistance and development of an antimicrobial alternative treatment

L’infection bactérienne du tractus urinaire symptomatique (ITU) est une infection commune à la fois de l’homme, du chien et du chat. La bactériurie asymptomatique (BUA), est un phénomène connu en médecine humaine, mais peu décrite chez le chien et le chat. Escherichia coli (E. coli) est responsable de la majorité des bactériuries de l’humain, du chien et du chat et de nombreux éléments plaident pour une communauté de E. coli partagée entre ces différentes espèces, notamment au sein du tube digestif. L’émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques, notamment lors de BUA, incite au développement de thérapeutiques alternatives. Les objectifs de ce travail ont été de décrire et comparer les populations de chiens et chats affectés par une ITU ou une BUA et d’en déterminer les facteurs de risque, de caractériser les souches de E. coli associées à ces présentations cliniques, de comparer ces résultats à l’homme, et enfin de participer au développement d’une stratégie alternative aux antibiotiques pour limiter le portage intestinal. À partir d’une population de chiens et de chats, nous avons déterminé que l’âge, l’exposition aux antibiotiques, le sondage urinaire chez le chien, l’appartenance à certaines races et le sondage urinaire chez le chat étaient des facteurs de risque de présenter une bactériurie significative. Chez le chien l’âge, un sondage urinaire récent ou une hospitalisation récente, le genre et la charge bactériens, tandis que l’âge et le fait d’être en surpoids chez le chat ont été identifies comme facteurs de risque de développer une ITU. Une plage nitrite positive à la bandelette urinaire chez le chien et un score de 3+ de protéines chez le chat ont affiché la meilleure valeur prédictive positive du résultat de la culture urinaire. L’absence de visualisation de bactéries à l’examen du culot est associée à la meilleure valeur prédictive négative. Ces résultats permettent de systématiquement recommander la réalisation d’une analyse d’urine pour prédire une culture positive et pour orienter le clinicien lors d’une éventuelle prescription d’antibiotiques. Nous avons décrit les souches de E. coli isolées lors d’ITU et de BUA chez le chien et le chat. Nous avons identifié́ parmi les isolats responsables d’ITU chez le chat, une prévalence plus importante des gènes codant pour les fimbriae F1C/S, les microcines et la colibactine. Chez le chien, les gènes codant pour l’aérobactine ou les fimbriae UCL sont plus souvent retrouvés lors d’ITU, et ceux codant pour la colibactine dans les isolats responsables de BUA. L’identification de ces marqueurs pourrait permettre de prédire l’expression clinique d’une colonisation des voies urinaires, et le développement de stratégies thérapeutiques ciblées (vaccins ou antimicrobiens). Ces souches ont un catalogue de gènes de virulence commun aux souches humaines, avec néanmoins des différences de prévalence pour certains marqueurs de virulence et de résistance aux antibiotiques. Nous avons développé une stratégie probiotique pour limiter le portage intestinal des souches de E. coli responsable d’infection urinaire et multirésistantes aux antibiotiques en utilisant la souche E. coli Nissle 1917 (EcN). Cette souche produit des peptides antimicrobiens, les microcines. Cependant, EcN synthétise aussi la colibactine, une génotoxine possiblement cancérigène.Symptomatic bacterial urinary tract infection (UTI) is a common infection in humans, dogs and cats. Asymptomatic bacteriuria (ABU) is a well-known phenomenon in human medicine, but remains poorly described in dogs and cats. Escherichia coli (E. coli) is responsible for the majority of human, canine and feline bacteriuria, and numerous findings support the existence of a shared community of E. coli within the digestive tract of these species. The emergence of multidrug-resistant bacteria, especially when facing ABU, promotes the development of alternative therapies. The objectives of the present work were to describe and compare the populations of dogs and cats suffering from UTI or ABU and to determine putative risk factors for these conditions, to characterize the strains of E. coli associated with these clinical presentations, to compare these results with those described in humans, and finally to develop an alternative strategy to antibiotics in order to minimize the digestive carriage of MDR bacteria. From a prospectively recruited population of dogs and cats, we determined that age, antimicrobial exposure, urinary catheterization in dogs, while belonging to several breeds and urinary catheterization in cats, were risk factors for significant bacteriuria. Age, recent urinary catheterization or recent hospitalization, genera and bacterial load in dogs, and age and being overweight in cats were identified as risk factors for developing UTI. On urine dipstick, positive nitrite in dogs and a ≥3+ protein score in cats displayed the best positive predictive values to predict significant bacteriuria. The absence of bacterial visualization on sediment examination displayed the best negative predictive values. These results validate the usefulness of urinalysis to predict a positive culture and can guide the clinician regarding antimicrobial prescription. E. coli strains isolated from UTI and ABU in dogs and cats were described. Among the isolates responsible for UTI in cats, we identified a higher prevalence of genes coding F1/C fimbriae, microcines and colibactin. Genes coding for aerobactin or UCL fimbriae were more often found in UTI dogs, and those coding for colibactin in isolates responsible for ABU. Identification of these markers could help to predict the clinical expression of bacteriuria, and to develop targeted therapeutic strategies. These strains shared a common repertoire of virulence genes to human strains, with differences in prevalence for some markers of virulence and antibiotic resistance. We developed a probiotic strategy to limit the intestinal carriage of multidrug resistant E. coli strains responsible for urinary tract infection using the E. coli Nissle 1917 strain (EcN). This strain produces antimicrobial peptides, microcines. However, EcN also synthesizes colibactin, a potentially carcinogenic genotoxin. We built and validated in vitro an engineered version of EcN that lacks genotoxic activity while retaining its antimicrobial properties and overexpressing microcins (EcN2.0pMcc). We assessed the efficacy of this bacteria to limit the digestive carriage of a pathogenic multidrug resistant E. coli strain in a murine model. Administration of EcN2.0pMcc resulted in a reduction of individual carriage compared to placebo-treated animals. This therapeutic strategy might be useful to limit the carriage of strains responsible for urinary tract infection