Colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in humans and backyard animals in Ecuador

Abstract

[ABSTRACT]. Objective. Colistin is an antibiotic of last resort for treating serious Gram-negative bacterial infections. However, the misuse of colistin, especially as an animal growth promoter, has contributed to increasing antimicrobial resistance, mediated mainly through plasmid transfer of the mcr-1 gene. This study assessed the prevalence of phenotypic and molecular colistin resistance in Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in Ecuador in healthy humans and their chickens and pigs. Methods. Fecal samples were collected from humans and their chickens and pigs in two rural coastal and Amazon regions between April and August 2020. Gram-negative bacteria were isolated and identified using conventional techniques. Phenotypic resistance was determined using the broth microdilution technique, and the mcr-1 gene was detected using conventional polymerase chain reaction. Results. A total of 438 fecal samples were obtained from 137 humans, 147 pigs and 154 chickens. The preva- lence of E. coli isolates was 86.3% (378/438) and K. pneumoniae, 37.4% (164/438). Overall, the mcr-1 gene was found in 90% (340/378) of E. coli isolates, with higher prevalences found in isolates from coastal regions (96.5%, 191/198), humans (95.6%, 111/116) and chickens (91.8%, 123/134); for K. pneumoniae, the gene was found in 19.5% (32/164) of isolates, with equal distribution between regions and hosts. Only four isolates, two E. coli and two K. pneumoniae, showed phenotypic resistance: mcr-1 was present in both E. coli strains but absent in the K. pneumoniae strains. Conclusions. Despite a low prevalence of phenotypic resistance to colistin, the high prevalence of the mcr-1 gene in E. coli is of concern. Ecuador’s ban on using colistin in animal husbandry must be enforced, and con- tinual monitoring of the situation should be implemented.

[RESUMEN]. Objetivo. La colistina es un antibiótico de último recurso para tratar infecciones graves por bacterias gramneg- ativas. Sin embargo, su uso indebido, especialmente para estimular el crecimiento animal, ha contribuido con el aumento de la resistencia a los antimicrobianos, mediada principalmente por la transferencia de plásmidos del gen mcr-1. En este estudio se evaluó la prevalencia de la resistencia fenotípica y molecular a la colistina de las bacterias Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae en humanos sanos, sus pollos y cerdos en Ecuador. Métodos. Se recolectaron muestras fecales de humanos, así como de sus pollos y cerdos, en dos zonas rurales de la región costera y la región amazónica entre abril y agosto del 2020. Se aislaron las bacterias gramnegativas y se identificaron empleando técnicas convencionales. Se determinó la resistencia fenotípica mediante la técnica de microdilución en caldo y se detectó el gen mcr-1 con la técnica convencional de reac- ción en cadena de la polimerasa. Resultados. Se obtuvo un total de 438 muestras fecales de 137 humanos, 147 cerdos y 154 pollos. La preva- lencia de E. coli en las cepas aisladas fue del 86,3% (378/438) y la de K. pneumoniae, del 37,4% (164/438). En general, se detectó el gen mcr-1 en el 90% (340/378) de las cepas aisladas de E. coli y la mayor prevalencia encontrada fue en cepas aisladas de la región costera (96,5%, 191/198), humanos (95,6%, 111/116) y pollos (91,8%, 123/134); en el caso de K. pneumoniae, el gen se encontró en el 19,5% (32/164) de las cepas, con una distribución equitativa entre regiones y hospedadores. Únicamente cuatro cepas aisladas, dos de E. coli y dos de K. pneumoniae, mostraron resistencia fenotípica: el gen mcr-1 estaba presente en ambas cepas de E. coli y ausente en las cepas de K. pneumoniae. Conclusiones. Si bien hubo una baja prevalencia de resistencia fenotípica a la colistina, la alta prevalencia del gen mcr-1 en E. coli es preocupante. Es necesario hacer cumplir la prohibición del uso de colistina en la cría de animales en Ecuador, así como realizar un seguimiento continuo de la situación.

[RESUMO]. Objetivo. A colistina é um antibiótico de último recurso para o tratamento de infecções graves por bac- térias Gram-negativas. Entretanto, o uso indevido da colistina, principalmente como promotor de crescimento animal, tem contribuído para o aumento da resistência a antimicrobianos, principalmente por transferência horizontal do gene mcr-1 mediada por plasmídeos. Este estudo avaliou a prevalência de resistência fenotípica e molecular à colistina em Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae no Equador em humanos hígidos e em galinhas e porcos por eles criados. Métodos. Entre abril e agosto de 2020, foram coletadas amostras de fezes de habitantes de duas regiões litorâneas e amazônicas do Equador e de galinhas e porcos por eles criados. Bactérias Gram-negativas foram isoladas e identificadas por meio de técnicas convencionais. A resistência fenotípica foi determinada pela técnica de microdiluição em caldo, e o gene mcr-1 foi detectado por reação em cadeia da polimerase convencional. Resultados. Foram obtidas 438 amostras fecais de 137 humanos, 147 suínos e 154 galinhas. A prevalência de isolados de E. coli foi de 86,3% (378/438), e de K. pneumoniae, 37,4% (164/438). Em geral, o gene mcr-1 foi encontrado em 90% (340/378) dos isolados de E. coli, com maiores prevalências encontradas em isola- dos de regiões litorâneas (96,5%, 191/198), humanos (95,6%, 111/116) e galinhas (91,8%, 123/134); para K. pneumoniae, o gene foi encontrado em 19,5% (32/164) dos isolados, com igual distribuição entre regiões e hospedeiros. Somente quatro isolados, dois de E. coli e dois de K. pneumoniae, demonstraram resistência fenotípica: o gene mcr-1 estava presente em ambas as cepas de E. coli, mas ausente nas de K. pneumoniae. Conclusões. Apesar da baixa prevalência de resistência fenotípica à colistina, a alta prevalência do gene mcr-1 em E. coli é preocupante. É preciso fiscalizar a proibição ao uso agropecuário de colistina no Equador e implementar o monitoramento contínuo da situação.