Characterization of resistance genes of E. coli isolates from swine, evaluation of different circulating clonal profiles and their relationship with antibiotic waste in the environment and in fresh meat

O Brasil ocupa um papel importante na produção de suínos, sendo o quatro maior produtor e exportador do mundo. Entretanto, a intensa administração de antimicrobianos na produção animal vem sendo relacionada à emergência da resistência bacteriana. A exposição à colistina leva à seleção de bactérias resistentes no ambiente. Neste contexto, o surgimento da resistência à polimixina, através do mcr- 1 tem causado preocupação. Escherichia coli tem sido considerada um bom indicador de resistência, uma vez que está presente no intestino dos animais. Nesse sentido, este estudo teve como objetivos: investigar a ocorrência dos principais genes de resistência de importância clínica (blaIMP, blaVIM, blaNDM, blaKPC, blaGES, blaOXA-48, blaTEM, blaSHV, blaCTX-M, qnrA, qnrB, qnrS e mcr-1) em isolados de E. coli obtidos da cadeia suinocultora; avaliar a ocorrência de resíduos de antimicrobianos relacionados a estes genes; e correlacionar com os resíduos de antimicrobianos encontrados na carne e ambiente. O sequenciamento do genoma completo (WGS) foi realizado em alguns isolados a fim de caracterizar ambiente genético envolvido no mecanismo de resistência encontrado. Um total de 442 isolados de E. coli (268 suínos e 174 ambientais) foram avaliados. A prevalência do gene mcr-1 foi de 25% (109/442) e foi encontrado em 67 isolados de animais e 42 do meio ambiente. Destes, um total de 35/67 (52%) de suínos e 28% (12/42) de isolados ambientais foram considerados resistentes à colistina (CIM ≥ 4mg/L). Mais de 96% (105/109) foram resistentes à enrofloxacina, 70% (77/109) resistentes a pelo menos uma cefalosporina testada e 86% (90/109) foram considerados multirresistentes. Tilosina foi o antibiótico mais administrado através da ração, sendo detectado em 50% dos lotes (23/46); na água, norfloxacino apareceu em 19,6% (9/46); e, no músculo, foram encontrados resíduos dos antibióticos: norfloxacino, doxiciclina e oxitetraciclina em 15% (7/46) dos lotes avaliados. A alta prevalência de mcr-1 associada à ocorrência de outros determinantes de resistência é uma preocupação atual. Os animais e o meio ambiente foram diretamente impactados por essa prática, mas o efeito da exposição antimicrobiana sobre os níveis de genes de resistência aos antimicrobianos é muito complexo. Assim, o monitoramento do uso de medicamentos tornou-se importante para garantir a segurança alimentar. Alternativas ao uso de antimicrobianos na produção animal devem ser implementadas com urgência.Brazil plays an important role in swine production, being the 4th largest producer and exporter in the world. However, the intense use of antimicrobials in animal production has been related to the emergence of bacterial resistance. The exposure to antibiotics such as Colistin leads to a selection of resistant bacteria in the environment. In this context, the emergence of polymyxin resistance, mediated by gene mcr-1, has caused great concern. Escherichia coli has been considered a good indicator of resistance, since it is present in the gut of animals. This study aimed to investigate the occurrence of the main resistance genes of clinical importance (blaIMP, blaVIM, blaNDM, blaKPC, blaGES, blaOXA-48, blaTEM, blaSHV, blaCTX-M, qnrA, qnrB, qnrS and mcr-1) in E. coli isolates obtained from swine production chain; to evaluate the occurrence of antimicrobial residues related to these genes; and to correlate with the antimicrobial residues found in the meat and environment. Whole genome sequencing (WGS) was performed in some isolates in order to characterize the genetic environment involved in the resistance mechanism found. A total of 442 E. coli isolates (268 swine and 174 environmental) were analyzed. The prevalence of the mcr-1 gene was 25% (109/442) and was found in 67 isolates from animals and 42 from the environment. Of these, a total of 35/67 (52%) of swine and 28% (12/42) of environmental isolates were considered resistant to colistin (MIC ≥ 4mg/L). More than 96% (105/109) were resistant to enrofloxacin, 70% (77/109) were resistant to at least one cephalosporin tested, and 86% (90/109) were considered multidrug. Seventy percent (76/109) of the mcr-1 positive isolates were co-producers of at least one of the cephalosporin (blaCTX-M and blaTEM) or quinolone (qnr) resistance genes. Tylosin was the most administered antibiotic through the feed, being detected in 50% of the lots (23/46); in water norfloxacin appeared in 19.6% (9/46), and in muscle residues of antibiotics were found: norfloxacin, doxycycline and oxytetracycline in 15% (7/46) of the evaluated lots. The high prevalence of mcr-1 associated with the occurrence of other resistance determinants is a current concern. Animals and the environment have been directly impacted by this practice, but the effect of antimicrobial exposure on antimicrobial resistance gene levels is very complex. Thus, monitoring the use of antimicrobials has become important to ensure food safety. Alternatives to the use of antimicrobials in animal production must be implemented urgently