Sharing more than friendship : dynamics of direct transmission of antimicrobial resistance between human families and their companion animals

Abstract

Enterobacterales that produce extended-spectrum β-lactamases (ESBLs), AmpC cephalosporinases and carbapenemases (CPE), as well as colistin-resistant strains, are important pathogens raising public health concerns due to their increasing prevalence. The prospective longitudinal study focusing on households in Portugal (PT) and the United Kingdom (UK), showed that ESBL/AmpC-producing Enterobacterales strains carriage in healthy companion animals occur at a significantly lower frequency (p-value <0.0001) compared to animals with active infections under antibiotic therapy. Whole genome sequencing (WGS) analysis identified the sharing of ESBL/AmpC-producing Enterobacterales strains between healthy companion animals and humans in two households from Portugal (n=41), involving Escherichia coli human pandemics lineages ST93, ST410 and ST457. Among companion animals undergoing antibiotic treatment due to urinary tract infection (UTI) or skin and soft tissue infection (SSTI), and their cohabiting humans, sharing of faecal ESBL/AmpC producing E. coli strains was observed in four households (PT= 2/43; UK= 2/22), with strains belonging to ST2015, ST617 and ST963. Additionally, one Portuguese household shared a multidrug-resistant (MDR) ACT-24-producing Enterobacter hormaechei subsp. hoffmannii strain. Notably, three other animals shared the clinical strains with their cohabiting humans: a ST556 Klebsiella pneumoniae, the high-risk clonal lineage ST131 E. coli strain and a ST2179 E. coli classified as Avian Pathogenic (APEC). CPE strains were only detected in animals under antibiotic treatment. These strains were positive for blaOXA-181 and blaNDM-5 genes, present in plasmids virtually identical to those found in isolates from humans, food, and the environment in other countries. MDR E. coli strains harbouring the plasmid-mediated colistin resistant gene, mcr-1, were recovered from faecal samples of companion animals and humans in Portugal, with no significant difference between healthy and infected groups (p-value=0.257). In two households with dogs diagnosed with SSTIs, sharing of mcr-1-positive ST744 E. coli strains with the owner were observed. The detection of MDR bacteria sharing between companion animals and their cohabiting humans, especially when it matched the animal's UTI/SSTI clinical strain, highlights the importance of considering household-level interventions in response to the spread of antimicrobial resistance in the community, reinforcing the need for active monitoring and stringent hygiene practices under a One Health approach

RESUMO - Partilhando mais do que amizade: a dinâmica de transmissão direta da resistência antimicrobiana entre famílias humanas e seus animais de companhia - Enterobacterales produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBLs), cefalosporinases AmpC e carbapenemases, bem como estirpes resistentes à colistina, têm grande importância clínica e a sua crescente prevalência é um problema de saúde pública. Por meio de um estudo prospetivo longitudinal centrado nos agregados familiares de Portugal e do Reino Unido, observou-se que a colonização por Enterobacterales produtores de ESBL/AmpC em animais de companhia saudáveis ocorre com uma frequência significativamente menor (valor-p< 0,0001) em comparação a animais que se encontram sob antibioterapia. Através da análise de sequenciação de genoma completo identificou-se a partilha de estirpes de Enterobacterales produtoras de ESBL/AmpC entre animais de companhia saudáveis e humanos em duas das 41 famílias portuguesas, envolvendo as linhagens pandémicas humanas de Escherichia coli ST93, ST410 e ST457. Entre os animais de companhia sob tratamento antibiótico, devido a infeção do trato urinário (ITU) ou infeções de pele e tecidos moles (IPTMs), e os seus tutores, observou-se a colonização partilhada por estirpes de E. coli produtoras de ESBL/AmpC em quatro agregados familiares (Portugal: n= 2/43; Reino Unido: n= 2/22), do ST2015, ST617 e ST963. Adicionalmente, um agregado familiar português, apresentou partilha de estirpes multirresistentes (MDR) de Enterobacter hormaechei subsp. hoffmannii produtoras de ACT-24. Observou-se ainda que três animais de companhia partilharam a estirpe responsável pela infeção com os seus tutores: Klebsiella pneumoniae ST556, E. coli da linhagem clonal de alto risco ST131 e E. coli ST2179 classificada como Patogénica Aviária (APEC). A presença de genes que codificam para carbapenemases (blaOXA-181 e blaNDM-5) foi apenas detetada em estirpes de animais de companhia sob tratamento antibiótico, em plasmídeos virtualmente idênticos aos encontrados em estirpes de humanos, alimentos e amostras ambientais em todo o mundo. Estirpes MDR de E. coli portadoras do gene de resistência à colistina, mcr-1, foram recuperadas de amostras fecais de animais de companhia e humanos em Portugal, sem diferença significativa entre os grupos de saudáveis e infetados (valor-p= 0,257). Em dois cães diagnosticados com IPTM, observou-se a partilha de estirpes de E. coli ST744 mcr-1-positivas com o tutor. A deteção de partilha de bactérias MDR entre animais de companhia e os seus tutores, especialmente quando corresponde à estirpe clínica presente no animal, destaca a importância de considerar intervenções ao nível do agregado familiar na gestão da disseminação da resistência antimicrobiana na comunidade, reforçando a necessidade de monitorização ativa e práticas rigorosas de higiene sob uma abordagem de Uma Só Saúde