Published January 28, 2024 | Version v1
Publication Open

Dissemination of mcr-1 and β-lactamase genes among Pseudomonas aeruginosa: molecular characterization of MDR strains in broiler chicks and dead-in-shell chicks infections

Creators

  • 1. Mansoura University
  • 2. Jeddah University
  • 3. Princess Nourah bint Abdulrahman University
  • 4. Benha University

Description

Abstract Objectives Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa) is one of the most serious pathogens implicated in antimicrobial resistance, and it has been identified as an ESKAPE along with other extremely significant multidrug resistance pathogens. The present study was carried out to explore prevalence, antibiotic susceptibility phenotypes, virulence-associated genes, integron ( int 1), colistin ( mcr -1), and β-lactamase resistance' genes (ESBls), as well as biofilm profiling of P. aeruginosa isolated from broiler chicks and dead in-shell chicks. Design A total of 300 samples from broiler chicks (n = 200) and dead in-shell chicks (n = 100) collected from different farms and hatcheries located at Mansoura, Dakahlia Governorate, Egypt were included in this study. Bacteriological examination was performed by cultivation of the samples on the surface of both Cetrimide and MacConkey's agar. Presumptive colonies were then subjected to biochemical tests and Polymerase Chain Reaction (PCR) targeting 16S rRNA. The recovered isolates were tested for the presence of three selected virulence-associated genes ( las B, tox A, and exo S ). Furthermore , the retrieved isolates were subjected to phenotypic antimicrobial susceptibility testing by Kirby–Bauer disc diffusion method as well as phenotypic detection of ESBLs by both Double Disc Synergy Test (DDST) and the Phenotypic Confirmatory Disc Diffusion Test (PCDDT). P. aeruginosa isolates were then tested for the presence of antibiotic resistance genes (ARGs): int 1, mcr -1, and ESBL genes (OXA-10, OXA-2, VEB-1, SHV, TEM, and CTX-M). Additionally, biofilm production was examined by the Tube Adherent method (TA) and Microtiter Plate assay (MTP) . Results Fifty –five isolates were confirmed to be P. aeruginosa, including 35 isolates from broiler chicks and 20 isolates from dead in-shell chicks. The three tested virulence genes ( las B, tox A, and exo S ) were detected in all isolates. Antibiogram results showed complete resistance against penicillin, amoxicillin, ceftriaxone, ceftazidime, streptomycin, erythromycin, spectinomycin, and doxycycline, while a higher sensitivity was observed against meropenem, imipenem, colistin sulfate, ciprofloxacin, and gentamicin. ESBL production was confirmed in 12 (21.8%) and 15 (27.3%) isolates by DDST and PCDDT, respectively. Antibiotic resistance genes (ARGs): int 1, mcr -1, and ESBL genes (OXA-10, SHV, TEM, and CTX-M), were detected in 87.3%, 18.2%, 16.4%, 69.1%, 72.7%, and 54.5% of the examined isolates respectively, whereas no isolate harbored the OXA -2 or VEB -1 genes. Based on the results of both methods used for detection of biofilm formation, Kappa statistics [kappa 0.324] revealed a poor agreement between both methods. Conclusions the emergence of mcr -1 and its coexistence with other resistance genes such as β-lactamase genes, particularly bla OXA-10, for the first time in P. aeruginosa from young broiler chicks and dead in-shell chicks in Egypt pose a risk not only to the poultry industry but also to public health. Graphical Abstract

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

Translated Description (Arabic)

الأهداف المجردة الزائفة الزنجارية ( P. aeruginosa) هي واحدة من أخطر مسببات الأمراض المتورطة في مقاومة مضادات الميكروبات، وقد تم تحديدها على أنها ESKAPE جنبا إلى جنب مع غيرها من مسببات الأمراض المقاومة للأدوية المتعددة الهامة للغاية. تم إجراء هذه الدراسة لاستكشاف الانتشار، والأنماط الظاهرية لقابلية المضادات الحيوية، والجينات المرتبطة بالفوعة، والتكامل ( int 1)، والكوليستين ( mcr -1)، وجينات مقاومة β - lactamase (ESBls)، بالإضافة إلى تنميط الأغشية الحيوية لـ P. aeruginosa المعزولة عن فراخ الدجاج اللاحم والكتاكيت الميتة في الصدفة. التصميم تم تضمين ما مجموعه 300 عينة من فراخ التسمين (العدد = 200) والكتاكيت الميتة (العدد = 100) التي تم جمعها من مزارع ومفارخ مختلفة تقع في المنصورة بمحافظة الدقهلية بمصر في هذه الدراسة. تم إجراء الفحص البكتريولوجي عن طريق زراعة العينات على سطح كل من آجار سيتريميد وماكونكي. ثم خضعت المستعمرات الافتراضية للاختبارات الكيميائية الحيوية وتفاعل سلسلة البلمرة (PCR) الذي يستهدف 16S rRNA. تم اختبار العزلات المستردة لوجود ثلاثة جينات مختارة مرتبطة بالفوعة (LAS B و TOX A و EXO S ). علاوة على ذلك ، تم إخضاع العزلات المسترجعة لاختبار حساسية مضادات الميكروبات الظاهرية من خلال طريقة نشر القرص Kirby - Bauer بالإضافة إلى الكشف الظاهري عن ESBLs من خلال كل من اختبار تآزر القرص المزدوج (DDST) واختبار انتشار القرص التأكيدي الظاهري (PCDDT). ثم تم اختبار عزلات P. aeruginosa لوجود جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs): جينات INT 1 و mcr -1 و ESBL (OXA -10 و OXA -2 و VEB -1 و SHV و TEM و CTX - M). بالإضافة إلى ذلك، تم فحص إنتاج الغشاء الحيوي من خلال طريقة التصاق الأنبوب (TA) ومقايسة صفيحة Microtiter (MTP) . النتائج تم تأكيد أن خمسة وخمسين فصيلة معزولة هي P. aeruginosa، بما في ذلك 35 فصيلة معزولة عن فراخ اللاحم و 20 فصيلة معزولة عن فراخ ميتة في قشرة. تم اكتشاف جينات الفوعة الثلاثة المختبرة (LAS B و TOX A و EXO S ) في جميع العزلات. أظهرت نتائج المضادات الحيوية مقاومة كاملة ضد البنسلين، والأموكسيسيلين، والسيفترياكسون، والسيفتازيديم، والستربتومايسين، والإريثروميسين، والسيتينومايسين، والدوكسيسيكلين، في حين لوحظت حساسية أعلى ضد الميروبينيم، والإيميبينيم، وكبريتات الكوليستين، والسيبروفلوكساسين، والجنتاميسين. تم تأكيد إنتاج ESBL في 12 (21.8 ٪) و 15 (27.3 ٪) عزل بواسطة DDST و PCDDT، على التوالي. تم اكتشاف جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs): جينات int 1 و mcr -1 و ESBL (OXA -10 و SHV و TEM و CTX - M) في 87.3 ٪ و 18.2 ٪ و 16.4 ٪ و 69.1 ٪ و 72.7 ٪ و 54.5 ٪ من العزلات التي تم فحصها على التوالي، في حين لم يكن هناك عزل يحتوي على جينات oxa -2 أو VEB -1. بناءً على نتائج كلتا الطريقتين المستخدمتين للكشف عن تكوين الأغشية الحيوية، كشفت إحصائيات كابا [kappa 0.324] عن اتفاق ضعيف بين الطريقتين. الاستنتاجات ظهور mcr -1 وتعايشه مع جينات المقاومة الأخرى مثل جينات β - lactamase، وخاصة BLA OXA -10، لأول مرة في P. aeruginosa من صغار الدجاج اللاحم والفراخ الميتة في مصر تشكل خطرًا ليس فقط على صناعة الدواجن ولكن أيضًا على الصحة العامة. الملخص الرسومي

Translated Description (French)

Résumé Objectifs Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa) est l'un des agents pathogènes les plus graves impliqués dans la résistance aux antimicrobiens, et il a été identifié comme un ESKAPE avec d'autres agents pathogènes de multirésistance aux médicaments extrêmement importants. La présente étude a été réalisée pour explorer la prévalence, les phénotypes de sensibilité aux antibiotiques, les gènes associés à la virulence, les gènes d'intégron ( int 1), de colistine ( mcr -1) et de résistance à la β-lactamase (ESBls), ainsi que le profilage biofilm de P. aeruginosa isolé de poussins de chair et de poussins morts en coquille. Conception Au total, 300 échantillons de poussins à griller (n = 200) et de poussins en coquille morts (n = 100) prélevés dans différentes fermes et écloseries situées à Mansoura, dans le gouvernorat de Dakahlia, en Égypte, ont été inclus dans cette étude. L'examen bactériologique a été réalisé par culture des échantillons à la surface de la gélose Cetrimide et MacConkey. Les colonies présumées ont ensuite été soumises à des tests biochimiques et à une réaction en chaîne par polymérase (PCR) ciblant l'ARNr 16S. Les isolats récupérés ont été testés pour la présence de trois gènes sélectionnés associés à la virulence ( las B, tox A et exo S ). De plus , les isolats récupérés ont été soumis à un test de sensibilité aux antimicrobiens phénotypiques par la méthode de diffusion sur disque de Kirby–Bauer ainsi qu'à une détection phénotypique des BLSE par le test de synergie sur disque double (DDST) et le test de diffusion sur disque de confirmation phénotypique (PCDDT). Les isolats de P. aeruginosa ont ensuite été testés pour la présence de gènes de résistance aux antibiotiques (Arg) : int 1, mcr -1 et gènes ESBL (OXA-10, OXA-2, VEB-1, SHV, TEM et CTX-M). De plus, la production de biofilm a été examinée par la méthode d'adhérence au tube (TA) et le dosage sur plaque de microtitrage (MTP) . Résultats Cinquante-cinq isolats ont été confirmés comme étant P. aeruginosa, dont 35 isolats de poussins de chair et 20 isolats de poussins morts en coquille. Les trois gènes de virulence testés ( las B, tox A et exo S ) ont été détectés dans tous les isolats. Les résultats de l'antibiogramme ont montré une résistance complète à la pénicilline, à l'amoxicilline, à la ceftriaxone, à la ceftazidime, à la streptomycine, à l'érythromycine, à la spectinomycine et à la doxycycline, tandis qu'une sensibilité plus élevée a été observée contre le méropénème, l'imipénème, le sulfate de colistine, la ciprofloxacine et la gentamicine. La production de BLSE a été confirmée dans 12 (21,8 %) et 15 (27,3 %) isolats par DDST et PCDDT, respectivement. Gènes de résistance aux antibiotiques (Arg) : les gènes int 1, mcr -1 et ESBL (OXA-10, SHV, TEM et CTX-M) ont été détectés dans 87,3 %, 18,2 %, 16,4 %, 69,1 %, 72,7 % et 54,5 % des isolats examinés respectivement, alors qu'aucun isolat ne contenait les gènes OXA -2 ou VEB -1. Sur la base des résultats des deux méthodes utilisées pour la détection de la formation de biofilm, les statistiques de Kappa [kappa 0,324] ont révélé un mauvais accord entre les deux méthodes. Conclusions L'émergence de mcr -1 et sa coexistence avec d'autres gènes de résistance tels que les gènes de β-lactamase, en particulier bla OXA-10, pour la première fois chez P. aeruginosa à partir de jeunes poussins à griller et de poussins en coquille morts en Égypte posent un risque non seulement pour l'industrie avicole mais aussi pour la santé publique. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen Objetivos Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa) es uno de los patógenos más graves implicados en la resistencia a los antimicrobianos, y se ha identificado como un ESKAPE junto con otros patógenos de resistencia a múltiples fármacos extremadamente significativos. El presente estudio se llevó a cabo para explorar la prevalencia, los fenotipos de susceptibilidad a los antibióticos, los genes asociados a la virulencia, el integrón ( int 1), la colistina ( mcr -1) y los genes de resistencia a la β-lactamasa (ESBls), así como el perfilado de biopelículas de P. aeruginosa aislado de pollos de engorde y pollos muertos con cáscara. Diseño En este estudio se incluyeron un total de 300 muestras de pollitos de engorde (n = 200) y pollitos muertos con cáscara (n = 100) recolectados de diferentes granjas y criaderos ubicados en Mansoura, Gobernación de Dakahlia, Egipto. El examen bacteriológico se realizó mediante el cultivo de las muestras en la superficie de Cetrimida y agar de MacConkey. Las presuntas colonias se sometieron a pruebas bioquímicas y a la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) dirigida al ARNr 16S. Los aislados recuperados se analizaron para detectar la presencia de tres genes asociados a la virulencia seleccionados ( las B, tox A y exo S ). Además , los aislados recuperados se sometieron a pruebas de susceptibilidad antimicrobiana fenotípica mediante el método de difusión de disco de Kirby–Bauer, así como a la detección fenotípica de BLEE mediante la prueba de sinergia de doble disco (DDST) y la prueba de difusión de disco confirmatoria fenotípica (PCDDT). Los aislados de P. aeruginosa se analizaron para detectar la presencia de genes de resistencia a antibióticos (ARG): int 1, mcr -1 y genes ESBL (OXA-10, OXA-2, VEB-1, SHV, TEM y CTX-M). Además, la producción de biopelícula se examinó mediante el método Tube Adherent (TA) y el ensayo de placa de microtitulación (MTP) . Resultados Se confirmó que cincuenta y cinco aislados eran P. aeruginosa, incluidos 35 aislados de pollitos de engorde y 20 aislados de pollitos muertos con cáscara. Los tres genes de virulencia analizados ( las B, tox A y exo S ) se detectaron en todos los aislados. Los resultados del antibiograma mostraron una resistencia completa contra la penicilina, amoxicilina, ceftriaxona, ceftazidima, estreptomicina, eritromicina, espectinomicina y doxiciclina, mientras que se observó una mayor sensibilidad contra meropenem, imipenem, sulfato de colistina, ciprofloxacina y gentamicina. La producción de ESBL se confirmó en 12 (21.8%) y 15 (27.3%) aislados por DDST y PCDDT, respectivamente. Genes de resistencia a antibióticos (ARG): se detectaron los genes int 1, mcr -1 y ESBL (OXA-10, SHV, TEM y CTX-M) en el 87,3%, 18,2%, 16,4%, 69,1%, 72,7% y 54,5% de los aislados examinados, respectivamente, mientras que ningún aislado albergaba los genes OXA -2 o VEB -1. Con base en los resultados de ambos métodos utilizados para la detección de la formación de biopelículas, las estadísticas Kappa [kappa 0.324] revelaron una mala concordancia entre ambos métodos. Conclusiones: la aparición de mcr-1 y su coexistencia con otros genes de resistencia como los genes de la β-lactamasa, particularmente bla OXA-10, por primera vez en P. aeruginosa a partir de pollos jóvenes de engorde y pollos muertos con cáscara en Egipto representan un riesgo no solo para la industria avícola sino también para la salud pública.

Files

s12941-024-00669-4.pdf

Files (2.2 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:a9cb96e43cd80e518986f9537e935f0d
2.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نشر جينات mcr -1 و β - lactamase بين الزائفة الزنجارية: التوصيف الجزيئي لسلالات MDR في فراخ اللاحم وعدوى الفراخ الميتة
Translated title (French)
Diffusion des gènes mcr-1 et β-lactamase chez Pseudomonas aeruginosa : caractérisation moléculaire des souches MDR chez les poussins de chair et les infections mortes en coquille
Translated title (Spanish)
Difusión de genes mcr-1 y β-lactamasa entre Pseudomonas aeruginosa: caracterización molecular de cepas MDR en pollos de engorde e infecciones de pollos muertos en cáscara

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391291423
DOI
10.1186/s12941-024-00669-4

Is supplement to
https://openalex.org/W2997953098 (Other)
https://openalex.org/W2938921630 (Other)
https://openalex.org/W2902247003 (Other)
https://openalex.org/W2367027028 (Other)
https://openalex.org/W2342459059 (Other)
https://openalex.org/W2313137442 (Other)
https://openalex.org/W2264826153 (Other)
https://openalex.org/W2224119340 (Other)
https://openalex.org/W2087232249 (Other)
https://openalex.org/W1555515478 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1501973965
  • https://openalex.org/W1738289412
  • https://openalex.org/W1977739800
  • https://openalex.org/W1989179952
  • https://openalex.org/W1989925309
  • https://openalex.org/W2009732714
  • https://openalex.org/W2015865730
  • https://openalex.org/W2025957152
  • https://openalex.org/W2027368837
  • https://openalex.org/W2041094033
  • https://openalex.org/W2050296236
  • https://openalex.org/W2082708347
  • https://openalex.org/W2096898012
  • https://openalex.org/W2115486016
  • https://openalex.org/W2116165156
  • https://openalex.org/W2117064229
  • https://openalex.org/W2119229251
  • https://openalex.org/W2125721856
  • https://openalex.org/W2125875917
  • https://openalex.org/W2131946678
  • https://openalex.org/W2132851995
  • https://openalex.org/W2134352676
  • https://openalex.org/W2136931384
  • https://openalex.org/W2142343447
  • https://openalex.org/W2151413158
  • https://openalex.org/W2151980628
  • https://openalex.org/W2152207030
  • https://openalex.org/W2160510201
  • https://openalex.org/W2165022453
  • https://openalex.org/W2166510166
  • https://openalex.org/W2169053394
  • https://openalex.org/W2171050239
  • https://openalex.org/W2179036997
  • https://openalex.org/W2181033092
  • https://openalex.org/W2315638179
  • https://openalex.org/W2418486549
  • https://openalex.org/W2467309033
  • https://openalex.org/W2473560120
  • https://openalex.org/W2596422656
  • https://openalex.org/W2610242264
  • https://openalex.org/W2625304702
  • https://openalex.org/W2724579049
  • https://openalex.org/W2769438283
  • https://openalex.org/W2791781902
  • https://openalex.org/W2801630638
  • https://openalex.org/W2892223303
  • https://openalex.org/W2904528716
  • https://openalex.org/W2914091207
  • https://openalex.org/W2920906194
  • https://openalex.org/W2991344722
  • https://openalex.org/W2992798112
  • https://openalex.org/W2995507006
  • https://openalex.org/W3004140701
  • https://openalex.org/W3012411233
  • https://openalex.org/W3016614634
  • https://openalex.org/W3017225991
  • https://openalex.org/W3044276482
  • https://openalex.org/W3084888341
  • https://openalex.org/W3094411366
  • https://openalex.org/W3096130920
  • https://openalex.org/W3110113371
  • https://openalex.org/W3111932311
  • https://openalex.org/W3147415669
  • https://openalex.org/W3154092914
  • https://openalex.org/W3159164323
  • https://openalex.org/W3162352024
  • https://openalex.org/W3179098736
  • https://openalex.org/W3184815473
  • https://openalex.org/W3194083942
  • https://openalex.org/W4205113511
  • https://openalex.org/W4211022623
  • https://openalex.org/W4229333081
  • https://openalex.org/W4285232672
  • https://openalex.org/W4300191176
  • https://openalex.org/W4387612024