Plasmid-mediated antimicrobial resistance in Gram-negative bacteria

The epidemiology of resistance plasmids is a major issue for the description of antimicrobial resistance diffusion. The identification of related plasmids associated to specific resistance genes may help to follow the spread of epidemic plasmids, opening new epidemiological scenarios on the mechanism of diffusion of antimicrobial resistance. This aspect is particularly interesting when applied to collections of plasmids that are playing a major role in the diffusions of Extended Spectrum Beta Lactamases (ESBLs) such as CTX-M, SHV, TEM. The aim of this thesis is the molecular characterization of plasmids conferring drug resistances in different collections of Enterobacteriaceae of human and animal origin. Several example of epidemic plasmids will be discussed: the IncHI2 plasmids carrying blaCTX-M-9 or blaCTX-M-2 genes identified from human and animal isolates of Escherichia coli and Salmonella from Spain, Belgium and UK; the IncI1 family of plasmids characterized by specific virulence factors, carrying the blaCMY-2, blaTEM-52 and blaCTX-M-1 genes from Salmonella and E. coli of human and animal origin; the IncN plasmids carrying the gene codifying the metallo-β-lacatamase VIM-1 from human isolates of Klebsiella pneumoniae and E. coli in Greece; the IncA/C2 plasmids carrying specific resistance genes such as blaCMY-2, blaCMY-4, blaVIM-4 and blaVEB-1 from different Enterobacteriaceae isolated worldwide; different plasmid replicons (IncFII, IncA/C1, IncI1) carrying the ESBL SHV-12 from human and animal origin. The comparative analysis of plasmid backbones allowed to ascertain the diffusion of common, emerging plasmids and helped to determine the evolution of these plasmids by acquisition of relevant resistance genes by a panoply of mobile genetic elements and illegitimate recombination events.

L’epidemiologia dei plasmidi di resistenza è il principale mezzo per descrivere la diffusione delle resistenze agli antimicrobici. L’identificazione di plasmidi correlati associati a specifici geni di resistenza può aiutare a tracciare la disseminazione di plasmidi epidemici, aprendo nuovi scenari epidemiologici sui meccanismi di diffusione delle resistenze agli antimicrobici. Questo aspetto è particolarmente evidente quando si considerano plasmidi che sono associati alla diffusione delle Beta Lattamasi a Spettro Esteso (ESBL) come gli enzimi CTX-M, SHV, TEM. Lo scopo di questa tesi è stato quello di caratterizzare plasmidi che conferiscono resistenza a farmaci rilevanti per la terapia umana in differenti collezioni di Enterobacteriaceae di origine umana e animale. Verranno discussi diversi esempi di plasmidi epidemici quali: i plasmidi IncHI2 che trasportano i geni blaCTX-M-9 o blaCTX-M-2 provenienti da isolati di origine umana e animale di Escherichia coli e Salmonella dalla Spagna, Belgio e Inghilterra; i plasmidi IncI1 caratterizzati da specifici fattori di virulenza, che trasportano i geni blaTEM-52 e blaCTX-M-1 derivanti da isolati di Salmonella e E. coli di origine umana e animale; i plasmidi IncN che trasportano i geni codificanti la metallo-β-lattamasi VIM-1 da isolati umani di Klebsiella pneumoniae and E. coli dalla Grecia; plasmidi IncA/C2 associati a specifici geni di resistenza come blaCMY-2, blaCMY-4, blaVIM-4 e blaVEB-1 provenienti da diverse Enterobacteriaceae isolate in differenti parti del mondo, ed infine, i plasmidi associati all’enzima SHV-12 isolati in diverse Enterobacteriaceae di origine umana e animale. L’analisi mediante comparazione della struttura plasmidica ha permesso di rilevare la diffusione di plasmidi emergenti e consente di tracciare i percorsi evolutivi e di diffusione attraverso l’acquisizione di una vastità di elementi genetici mobili associati ai geni di resistenza.