Published December 21, 2022 | Version v1
Publication Open

Molecular Epidemiology and Antimicrobial Resistance of Outbreaks of Klebsiella pneumoniae Clinical Mastitis in Chinese Dairy Farms

Creators

  • 1. Nanjing Agricultural University
  • 2. Shanghai Veterinary Research Institute
  • 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 4. Cranfield University
  • 5. Tarim University

Description

Klebsiella pneumoniae is an opportunistic pathogen that causes serious infections in humans and animals. However, the availability of epidemiological information on clinical mastitis due to K. pneumoniae is limited. To acquire new information regarding K. pneumoniae mastitis, data were mined about K. pneumoniae strains on dairy cattle farms (farms A to H) in 7 Chinese provinces in 2021. Hypermucoviscous strains of K. pneumoniae were obtained by the string test. MICs of antimicrobial agents were determined via the broth microdilution method. Ten antimicrobial resistance genes and virulence genes were identified by PCR. The prevalence of K. pneumoniae was 35.91% (65/181), and 100% of the bacteria were sensitive to enrofloxacin. Nine antimicrobial resistance genes and virulence genes were identified and compared among farms. The hypermucoviscous phenotype was present in 94.44% of isolates from farm B, which may be a function of the rmpA virulence gene. Based on these data, the multidrug-resistant strains SD-14 and HB-21 were chosen and sequenced. Genotypes were assayed for K. pneumoniae isolates from different countries and different hosts using multilocus sequence typing (MLST). Ninety-four sequence types (STs) were found, and 6 STs present a risk for spreading in specific regions. Interestingly, ST43 was observed in bovine isolates for the first time. Our study partially reveals the current distribution characteristics of bovine K. pneumoniae in China and may provide a theoretical basis for the prevention and treatment of bovine K. pneumoniae mastitis. IMPORTANCEK. pneumonia is ubiquitous in nature and infects a wide range of hosts, including animals, and humans. It is one of the leading inducements of clinical mastitis (CM) in dairy cows, a prevalent and costly disease that is predominantly associated with bacterial infection. In general, CM caused by Gram-negative bacteria is more difficult to cure than that associated with Gram-positive pathogens, with an average cost per case of 211.03 U.S. dollars (USD) for Gram-negative bacterial infections compared with 133.73 USD for Gram-positive bacterial CM cases. After Escherichia coli, K. pneumoniae is the second most common Gram-negative cause of bovine CM, but it is the most detrimental in terms of decreased milk yield, discarded milk, treatment costs, death, and culling. In view of the economic implications of K. pneumoniae infection in dairy farming, research into population structure and antibiotic resistance is particularly important.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الكلبسيلة الرئوية هي أحد مسببات الأمراض الانتهازية التي تسبب التهابات خطيرة في البشر والحيوانات. ومع ذلك، فإن توافر المعلومات الوبائية عن التهاب الثدي السريري بسبب الالتهاب الرئوي K محدود. للحصول على معلومات جديدة بشأن التهاب الثدي الرئوي، تم استخراج بيانات حول سلالات الالتهاب الرئوي في مزارع الماشية الألبان (المزارع من أ إلى ح) في 7 مقاطعات صينية في عام 2021. تم الحصول على سلالات مفرطة المخاطية من K. الالتهاب الرئوي من خلال اختبار السلسلة. تم تحديد MIC من العوامل المضادة للميكروبات عن طريق طريقة التخفيف الدقيق للحساء. تم تحديد عشرة جينات مقاومة لمضادات الميكروبات وجينات الفوعة بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل. كان انتشار K. الالتهاب الرئوي 35.91 ٪ (65/181)، وكانت 100 ٪ من البكتيريا حساسة للإنروفلوكساسين. تم تحديد تسعة جينات مقاومة لمضادات الميكروبات وجينات الفوعة ومقارنتها بين المزارع. كان النمط الظاهري مفرط اللزوجة موجودًا في 94.44 ٪ من العزلات من المزرعة B، والتي قد تكون وظيفة لجين الفوعة rmpA. بناءً على هذه البيانات، تم اختيار وتسلسل السلالات المقاومة للأدوية المتعددة SD -14 و HB -21. تم فحص الأنماط الجينية لعزلات الالتهاب الرئوي من بلدان مختلفة ومضيفات مختلفة باستخدام الكتابة المتسلسلة متعددة البؤر (MLST). تم العثور على أربعة وتسعين نوعًا من التسلسل (STs)، وتمثل 6 أنواع من التسلسل خطر الانتشار في مناطق محددة. ومن المثير للاهتمام أن ST43 لوحظت في عزلات الأبقار لأول مرة. تكشف دراستنا جزئيًا عن خصائص التوزيع الحالية للالتهاب الرئوي K البقري في الصين وقد توفر أساسًا نظريًا للوقاية من التهاب الثدي الرئوي K البقري وعلاجه. مهم. الالتهاب الرئوي منتشر في كل مكان في الطبيعة ويصيب مجموعة واسعة من المضيفين، بما في ذلك الحيوانات والبشر. وهو أحد المغريات الرئيسية لالتهاب الضرع السريري (CM) في الأبقار الحلوب، وهو مرض منتشر ومكلف يرتبط في الغالب بالعدوى البكتيرية. بشكل عام، من الصعب علاج سم الناجم عن البكتيريا سالبة الجرام أكثر من تلك المرتبطة بمسببات الأمراض إيجابية الجرام، بمتوسط تكلفة لكل حالة 211.03 دولار أمريكي للعدوى البكتيرية سالبة الجرام مقارنة بـ 133.73 دولار أمريكي لحالات سم البكتيرية إيجابية الجرام. بعد الإشريكية القولونية، ك. الالتهاب الرئوي هو ثاني أكثر الأسباب سلبية الجرام شيوعًا لـ CM البقري، ولكنه الأكثر ضررًا من حيث انخفاض إنتاج الحليب، والحليب المهمل، وتكاليف العلاج، والوفاة، والإعدام. بالنظر إلى الآثار الاقتصادية لعدوى الالتهاب الرئوي في مزارع الألبان، فإن البحث في التركيب السكاني ومقاومة المضادات الحيوية مهم بشكل خاص.

Translated Description (French)

Klebsiella pneumoniae est un agent pathogène opportuniste qui provoque de graves infections chez les humains et les animaux. Cependant, la disponibilité des informations épidémiologiques sur la mammite clinique due à K. pneumoniae est limitée. Pour acquérir de nouvelles informations sur la mammite à K. pneumoniae, des données ont été extraites sur les souches de K. pneumoniae dans les exploitations bovines laitières (fermes A à H) dans 7 provinces chinoises en 2021. Des souches hypermucoviscuses de K. pneumoniae ont été obtenues par le test des cordes. Les CMI des agents antimicrobiens ont été déterminées par la méthode de microdilution en bouillon. Dix gènes de résistance aux antimicrobiens et gènes de virulence ont été identifiés par PCR. La prévalence de K. pneumoniae était de 35,91 % (65/181), et 100 % des bactéries étaient sensibles à l'enrofloxacine. Neuf gènes de résistance aux antimicrobiens et gènes de virulence ont été identifiés et comparés entre les fermes. Le phénotype hypermucoviscous était présent dans 94,44% des isolats de la ferme B, ce qui peut être une fonction du gène de virulence rmpA. Sur la base de ces données, les souches multirésistantes SD-14 et HB-21 ont été choisies et séquencées. Les génotypes ont été testés pour les isolats de K. pneumoniae de différents pays et de différents hôtes en utilisant le typage de séquence multilocus (MLST). Quatre-vingt-quatorze types de séquences (ST) ont été trouvés, et 6 ST présentent un risque de propagation dans des régions spécifiques. Fait intéressant, ST43 a été observé pour la première fois dans des isolats bovins. Notre étude révèle partiellement les caractéristiques actuelles de distribution de K. pneumoniae bovin en Chine et peut fournir une base théorique pour la prévention et le traitement de la mammite à K. pneumoniae bovin. IMPORTANCE.La pneumonie est omniprésente dans la nature et infecte un large éventail d'hôtes, y compris les animaux et les humains. C'est l'une des principales causes de mammite clinique (CM) chez les vaches laitières, une maladie répandue et coûteuse qui est principalement associée à une infection bactérienne. En général, la CM causée par les bactéries à Gram négatif est plus difficile à guérir que celle associée aux agents pathogènes à Gram positif, avec un coût moyen par cas de 211,03 dollars américains (USD) pour les infections bactériennes à Gram négatif, contre 133,73 USD pour les cas de CM bactérienne à Gram positif. Après Escherichia coli, K. pneumoniae est la deuxième cause à Gram négatif la plus fréquente de MC bovine, mais elle est la plus préjudiciable en termes de diminution du rendement laitier, de lait jeté, de coûts de traitement, de décès et d'abattage. Compte tenu des implications économiques de l'infection à K. pneumoniae dans l'élevage laitier, la recherche sur la structure de la population et la résistance aux antibiotiques est particulièrement importante.

Translated Description (Spanish)

Klebsiella pneumoniae es un patógeno oportunista que causa infecciones graves en humanos y animales. Sin embargo, la disponibilidad de información epidemiológica sobre la mastitis clínica debida a K. pneumoniae es limitada. Para adquirir nueva información sobre la mastitis por K. pneumoniae, se extrajeron datos sobre las cepas de K. pneumoniae en granjas de ganado lechero (granjas A a H) en 7 provincias chinas en 2021. Las cepas hipermucoviscosas de K. pneumoniae se obtuvieron mediante la prueba de la cuerda. Las CMI de los agentes antimicrobianos se determinaron mediante el método de microdilución en caldo. Se identificaron diez genes de resistencia antimicrobiana y genes de virulencia mediante PCR. La prevalencia de K. pneumoniae fue del 35,91% (65/181), y el 100% de las bacterias eran sensibles a la enrofloxacina. Se identificaron y compararon nueve genes de resistencia antimicrobiana y genes de virulencia entre granjas. El fenotipo hipermucoviscoso estuvo presente en el 94,44% de los aislados de la granja B, lo que puede ser una función del gen de virulencia rmpA. Con base en estos datos, se eligieron y secuenciaron las cepas multirresistentes SD-14 y HB-21. Los genotipos se analizaron para aislar K. pneumoniae de diferentes países y diferentes huéspedes utilizando tipificación de secuencia multilocus (MLST). Se encontraron 94 tipos de secuencias (ST) y 6 ST presentan un riesgo de propagación en regiones específicas. Curiosamente, se observó ST43 en aislados bovinos por primera vez. Nuestro estudio revela parcialmente las características de distribución actuales de K. pneumoniae bovino en China y puede proporcionar una base teórica para la prevención y el tratamiento de la mastitis por K. pneumoniae bovino. IMPORTANCEK. la neumonía es omnipresente en la naturaleza e infecta a una amplia gama de huéspedes, incluidos animales y humanos. Es uno de los principales inductores de la mastitis clínica (CM) en las vacas lecheras, una enfermedad frecuente y costosa que se asocia predominantemente con la infección bacteriana. En general, el CM causado por bacterias Gram-negativas es más difícil de curar que el asociado con patógenos Gram-positivos, con un costo promedio por caso de 211.03 dólares estadounidenses (USD) para infecciones bacterianas Gram-negativas en comparación con 133.73 USD para casos de CM bacterianos Gram-positivos. Después de Escherichia coli, K. pneumoniae es la segunda causa Gram-negativa más común de CM bovino, pero es la más perjudicial en términos de disminución de la producción de leche, leche desechada, costos de tratamiento, muerte y sacrificio. En vista de las implicaciones económicas de la infección por K. pneumoniae en la producción lechera, la investigación sobre la estructura de la población y la resistencia a los antibióticos es particularmente importante.

Files

resistance_of_outbreaks_of_Klebsiella_pneumoniae-2022.pdf.pdf

Files (2.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9e7e6ff2952b6afadcc18163e6b6b854
2.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
علم الأوبئة الجزيئي ومقاومة مضادات الميكروبات لتفشي التهاب الضرع الكلبي الرئوي السريري في مزارع الألبان الصينية
Translated title (French)
Épidémiologie moléculaire et résistance aux antimicrobiens des foyers de mammite clinique à Klebsiella pneumoniae dans les fermes laitières chinoises
Translated title (Spanish)
Epidemiología molecular y resistencia antimicrobiana de los brotes de mastitis clínica por Klebsiella pneumoniae en granjas lecheras chinas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4308955649
DOI
10.1128/spectrum.02997-22

Is supplement to
https://openalex.org/W4385969441 (Other)
https://openalex.org/W4311792727 (Other)
https://openalex.org/W3062875243 (Other)
https://openalex.org/W2431766951 (Other)
https://openalex.org/W2412355096 (Other)
https://openalex.org/W2373635223 (Other)
https://openalex.org/W2146861749 (Other)
https://openalex.org/W2106995928 (Other)
https://openalex.org/W1990012352 (Other)
https://openalex.org/W127458931 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1965954215
  • https://openalex.org/W1971784728
  • https://openalex.org/W1978441703
  • https://openalex.org/W1982855075
  • https://openalex.org/W1992681989
  • https://openalex.org/W1996053875
  • https://openalex.org/W2018093051
  • https://openalex.org/W2018948789
  • https://openalex.org/W2023313536
  • https://openalex.org/W2029091598
  • https://openalex.org/W2034614059
  • https://openalex.org/W2045843097
  • https://openalex.org/W2063840769
  • https://openalex.org/W2072172107
  • https://openalex.org/W2073158639
  • https://openalex.org/W2096093282
  • https://openalex.org/W2109729516
  • https://openalex.org/W2115148979
  • https://openalex.org/W2120473290
  • https://openalex.org/W2126883736
  • https://openalex.org/W2130925344
  • https://openalex.org/W2132681751
  • https://openalex.org/W2142343447
  • https://openalex.org/W2143485490
  • https://openalex.org/W2148206504
  • https://openalex.org/W2199695484
  • https://openalex.org/W2289689430
  • https://openalex.org/W2443415468
  • https://openalex.org/W2494086912
  • https://openalex.org/W2584169226
  • https://openalex.org/W2591736587
  • https://openalex.org/W2607102324
  • https://openalex.org/W2735364652
  • https://openalex.org/W2755741550
  • https://openalex.org/W2757131463
  • https://openalex.org/W2766811201
  • https://openalex.org/W2774072836
  • https://openalex.org/W2904601403
  • https://openalex.org/W2936671880
  • https://openalex.org/W2945505394
  • https://openalex.org/W2952167528
  • https://openalex.org/W2995320028
  • https://openalex.org/W3010434873
  • https://openalex.org/W3021459837
  • https://openalex.org/W3048472539
  • https://openalex.org/W3107707615
  • https://openalex.org/W3159765120
  • https://openalex.org/W3174837867
  • https://openalex.org/W3194026767
  • https://openalex.org/W4200308681
  • https://openalex.org/W4214647765
  • https://openalex.org/W4229061172