Uropathogenic Proteus mirabilis and Klebsiella pneumoniae in companion animals : molecular epidemiology, antimicrobial resistance and zoonotic potential

Abstract

Urinary tract infections (UTI) are frequently diagnosed in companion animals and the increase in antimicrobial resistance leads to therapeutic limitations and public health concerns. The study of the geographic distribution of antimicrobial resistance in bacteria (n= 22 256) causing UTI in companion animals from 14 European countries showed that, in 2012-2013, the frequency of Escherichia coli and Proteus mirabilis antimicrobial resistance in Southern countries (Portugal, Spain, Italy, Greece) was significantly higher than in Northern countries (Denmark, Sweden). In a retrospective study conducted in Portugal (Lisbon), the antimicrobial resistance of clinical Enterobacteriaceae from companion animals with UTI increased significantly over 16 years (1999-2014; P < 0.001). Bacteria from companion animals with UTI harboured important antimicrobial resistance mechanisms and belonged to high-risk clonal lineages, namely third-generation cephalosporin (3GC)-resistant E. coli O25b:H4-B2-ST131, CC23 and ST648, methicilin-resistant Staphylococcus aureus CC5, methicilin-resistant Staphylococcus epidermidis CC5, high-level gentamicin-resistant Enterococcus faecalis CC6 and ampicillin-resistant Enterococcus faecium CC17. The blaCTX-M-15 gene was disseminated among 3GC-resistant K. pneumoniae from companion animals and humans with UTI. Most K. pneumoniae from companion animals where 3GC, multidrug-resistant (MDR) and belonged to the high-risk clonal lineage ST15. K. pneumoniae high-risk clonal lineages ST11, ST37 and ST147 were also detected in companion animals. 3GC-resistance in P. mirabilis from companion animals with UTI was associated with the presence of blaCMY-2, which increased significantly over time. A high number of PFGE clusters (43.6%, n = 17/39) included P. mirabilis strains from companion animals and humans. Gut colonisation by K. pneumoniae and P. mirabilis was detected in healthy dogs and humans; however, none of the strains was MDR. K. pneumoniae faecal strains from dogs belonged to ST17, ST188, ST252, ST281, ST423, ST1093, ST1241, ST3398 and ST3399. Remarkably, two colonised dogs were found to shared PFGE undistinguishable K. pneumoniae strains with one co-living human. P. mirabilis gut colonisation was significantly higher in dogs (P = 0.0329). One human/dog and one dog/dog pair shared PFGE undistinguishable P. mirabilis strains. The antimicrobial resistance frequencies reported in these studies support the need to implement antimicrobial stewardship programmes in veterinary medicine. The detection of MDR high-risk clonal lineages causing UTI in companion animals and the similarities detected in K. pneumoniae and P. mirabilis from companion animals and humans raises public health concerns and highlights the need for a One Health approach.

RESUMO - Proteus mirabilis e Klebsiella pneumoniae uropatogénicos em animais de companhia : epidemiologia molecular, resistência aos antimicrobianos e potencial zoonótico - As infeções bacterianas do trato urinário (ITU) são frequentemente diagnosticadas em animais de companhia e no homem. O aumento da resistência e multirresistência aos antimicrobianos é um reconhecido problema na sociedade moderna que resulta na diminuição de opções terapêuticas. Com o crescente contacto entre os animais de companhia e o homem, a disseminação de bactérias resistentes a antimicrobianos criticamente importantes levanta também grandes preocupações de saúde pública. Seguindo o modelo utilizado pelo European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC) nos relatórios de resistência aos antimicrobianos de bactérias invasivas de origem humana, o primeiro estudo apresentado nesta tese pretendeu avaliar a etiologia e a distribuição geográfica da resistência aos antimicrobianos em bactérias (n= 22 256) isoladas de animais de companhia com ITU em 14 países Europeus. Este estudo mostrou que, em 2012-2013, a frequência de resistência aos antimicrobianos em Escherichia coli e Proteus mirabilis era significativamente superior nos países estudados do Sul da Europa (Portugal, Espanha, Itália e Grécia) quando comparada com os países estudados do Norte da Europa (Dinamarca e Suécia). O mesmo aconteceu quanto a E. coli e P. mirabilis multirresistente (MDR). A elevada resistência aos antimicrobianos detetada em cães e gatos com ITU em Portugal (Lisboa) motivou a realização de um segundo estudo, retrospetivo, com o objetivo de avaliar a evolução temporal da resistência aos antimicrobianos, nesta região, ao longo de um período de 16 anos (1999-2014). Este estudo confirmou a ocorrência de um aumento significativo de resistência ao longo do tempo quanto à amoxicilina/clavulanato, cefalosporinas de terceira geração (C3G), trimetoprim/sulfametoxazol, fluoroquinolonas, gentamicina e tetraciclina (P < 0,001) em Enterobacteriaceae de animais de companhia com ITU. Adicionalmente, foi detetado um aumento significativo no isolamento de Enterobacteriaceae MDR (P < 0,0001). ...