16
A L I M E N T A T I O N A G R I C U L T U R E E N V I R O N N E M E N T Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance en santé animale Maisons-Alfort, 19 novembre 2012 Benoît Doublet INRA-Université François Rabelais de Tours UMR1282-Infectiologie et Santé Publique Nouzilly, France

Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

A L I M E N T A T I O N

A G R I C U L T U R E

E N V I R O N N E M E N T

Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers

ces dernières décennies

Journée Anses sur l’antibiorésistance en santé animale

Maisons-Alfort, 19 novembre 2012

Benoît Doublet INRA-Université François Rabelais de Tours

UMR1282-Infectiologie et Santé Publique

Nouzilly, France

Page 2: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

Epidemic Salmonella enterica serovar Typhimurium DT104

Multidrug resistant S. Typhimurium DT104 clone

1st isolation in early 80’s (gulls, exotic birds) and late 80’s (human and cattle) (UK)

Global spread 1990s (animal and human)

Pentadrug resistance profile (ACSSuT):

Ampicillin, Choramphenicol / Florfenicol, Streptomycin / Spectinomycin

Sulfonamides, Tetracyclines

Identification of a chromosomal antibiotic resistance gene cluster (1999)

A complex class 1 integron: In104

tnpR intI1 aadA2

qacE∆1

sul1∆ floR tetR tet(G) orf1 orf2

groEL/intI1

blaPSE-1

qacE∆1

sul1

orf5

orf6 IS6100

S044

IRi IRt IRt

In104

SGI1 Episode 1: The Past

Page 3: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

Recombination

Transfer

Regulation

Antibiotic resistance

Other function

Replication

Unknown function

43 kb

Integration site: at the 3’ end of trmE

Flanked by DR-L et DR-R

Complex integron In104

SGI1 Episode 1: The past

trmE

Page 4: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 and Salmonella Spread and genetic plasticity

Agona

Albany

Anatum

Cerro

Choleraesuis

Derby

Dublin

Düsseldorf

Emek

Haifa

Infantis

Kedougou

Kentucky

Kiambu

Kingston

Kottbus

Mbandaka

Meleagridis

Newport

Ohio

Paratyphi B

Schleissheim

Tallahassee

Typhimurium

Virchow

SGI1 (ACSSuT)

SGI1-A (ACSSuTTm)

SGI1-B (ASu)

SGI1-C (SSu)

SGI1-D (SSuTm)

SGI1-E (ASSuT)

SGI1-F (ACSuTTm)

SGI1-G (ASuTm)

SGI1-H (ACGSSuT)

SGI1-I (CSSuTTm)

SGI1-L1 (ACGSSuTTm)

SGI1-L2 (ACGSSuTTm)

SGI1-M (ACGKSuTTo)

SGI1-R (ACST)

SGI1-S (AkGKSuTmTo)

SGI1-T (CST)

SGI1-J1 (CSuTTm)

SGI1-J2 (SuTm)

SGI1-J3 (CSuTTm)

SGI1-J4 (Su)

SGI1-J5 (CSuTTm)

SGI1-J6 (CSSuT)

SGI1-K1 (AGSSuT)

SGI1-K2 (ASSuT)

SGI1-K3 (AGSSuT)

SGI1-K4 (GSSuT)

SGI1-K5 (GSSu)

SGI1-K6 (AGSSuT)

SGI1-Ps (A)

SGI1-Qs (Ø)

Page 5: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 Integron genetic plasticity

SGI1 ACSSuT

(Boyd et al., 2000) intI1 aadA2 qacE∆1

sul1∆ floR tetR tet(G) orf1 orf2

groEL/intI1

blaPSE-1 qacE∆1

sul1 orf5 orf6

IRi IRt IRt

ISCR3

IS6100

SGI1-A ACSSuTTm

(Boyd et al., 2002) dfrA10 orf513

ISCR1

qacE∆1 sul1 orf5 orf6

IRi IRt IRt

intI1 aadA2

qacE∆1

sul1∆ floR tetR tet(G) orf1 orf2 groEL/intI1

blaPSE-1 qacE∆1

sul1

ISCR3

IS6100

IRi

SGI1-H ACGSSuT

(Doublet et al., 2004)

ISCR3

IRt IRt

qacE∆1

sul1∆ floR tetR tet(G) orf1 orf2

groEL/intI1

blaPSE-1 qacE∆1

sul1 orf5 orf6 intI1 aac(3)-Id aadA7 IS6100

SGI1-K1 AGSSuT

(Levings et al., 2007 ;

Doublet et al., 2008)

IRi

intI1 aac(3)-Id aadA7 qacE∆1

sul1 orf5

IRt IR-Tn21

E D A C P T R

gènes mer

Tn21

tetR tet(A) tnpA pecM

IRRII-Tn1721

IRR-Tn5393

Tn1721

res

IRR-Tn3

Tn5393

strB strA

IS1133

tnpR∆

IS26

tnpR blaTEM-1

IS26

S044∆

Tn3

Tn5393 IS6100

ISCR3

IS26

tnpR blaTEM-1

IS26

S044∆

Tn3

IRi res IRR-Tn3

SGI1-Ps A

(Doublet et al., 2008)

IS26

S044∆

IRi

SGI1-Qs Ø

(Doublet et al., 2008) intI1∆ In, IS, Tn are genetic weapons to acquire resistance genes

Page 6: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 Episode 2: The Present

Emerging multidrug-resistant

clone S. Kentucky ST198

Page 7: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 in MDR S. Kentucky ST198

res intI1 aadA7

qacE 1

sul1

orf5∆

IS6100

IRi IRt

SGI1-K1 MDR cluster: A mosaic structure

aac(3)I-d orf2

E D A C P T R

mer genes

IR-Tn21

tetR tet(A)

S044

yidY

DR-R

IS26 blaTEM-1 tnpR IS26

tnpR

IS1133 strA pecM tnpA strB

IRRII-Tn1721 IRR-Tn5393 res IRR-Tn3

In4-type integron Tn21

Tn1721

Tn5393

Tn3

Tn5393

0 5 10 15 20 24 kb

Poultry: important vehicle to spread

Fluoroquinolone use in chicken and

Turkey

Integrated aquaculture Poultry

Aquatic ecosystem in the acquisition

of SGI1

?

Page 8: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 in MDR S. Kentucky ST198

Africa

Asia

2 geographic sub-populations

Page 9: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

res S026 S025 S023 S024

SGI1

backbone S044

Transpositional site of all In104 and

derivatives (except InSGI1-Js)

All SGI1-positive serovars, Worldwide

DR-R

yidY trmE

(thdF)

DR-L

int xis

CCATG

Transpositional site of InSGI1-Js

Serovars Emek, Virchow, and Kentucky ST198

Southeast Asia

S005∆

S009∆

ISVch4

orfB orfA

5340 8120

S010

SGI1-Ks, -Ps, -Qs Serovar Kentucky ST198-X1 Africa

ACTTG

SGI1-Js Serovar Kentucky ST198-X2 Southeast Asia

ISSen5

CTA TAG

S023

SGI1-Ks, -Ps, -Qs Serovar Kentucky ST198-X1 Africa

S044 IS26

SGI1 in MDR S. Kentucky ST198

2 different SGI1 variants

Genetic plasticity extend outside the complex integron in SGI1

Africa

Asia

Page 10: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 and Salmonella Horizontal gene transfer ?

Agona

Albany

Anatum

Cerro

Choleraesuis

Derby

Dublin

Düsseldorf

Emek

Haifa

Infantis

Kedougou

Kentucky

Kiambu

Kingston

Kottbus

Mbandaka

Meleagridis

Newport

Ohio

Paratyphi B

Schleissheim

Tallahassee

Typhimurium

Virchow

SGI1 (ACSSuT)

SGI1-A (ACSSuTTm)

SGI1-B (ASu)

SGI1-C (SSu)

SGI1-D (SSuTm)

SGI1-E (ASSuT)

SGI1-F (ACSuTTm)

SGI1-G (ASuTm)

SGI1-H (ACGSSuT)

SGI1-I (CSSuTTm)

SGI1-L1 (ACGSSuTTm)

SGI1-L2 (ACGSSuTTm)

SGI1-M (ACGKSuTTo)

SGI1-R (ACST)

SGI1-S (AkGKSuTmTo)

SGI1-T (CST)

SGI1-J1 (CSuTTm)

SGI1-J2 (SuTm)

SGI1-J3 (CSuTTm)

SGI1-J4 (Su)

SGI1-J5 (CSuTTm)

SGI1-J6 (CSSuT)

SGI1-K1 (AGSSuT)

SGI1-K2 (ASSuT)

SGI1-K3 (AGSSuT)

SGI1-K4 (GSSuT)

SGI1-K5 (GSSu)

SGI1-K6 (AGSSuT)

SGI1-Ps (A)

SGI1-Qs (Ø)

Page 11: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 MDR Integrative Mobilisable Element

0 20 30 10 40

42,433

kb

TTCTGTATTGGGAAGTAA

Extrachromosomal

circular intermediate of

SGI1

TTCTGTATTGGTAAGTAA

trmE

SGI1 site-specific sequence (attP)

3’ end of trmE (attB site)

trmE

Chromosomal

inserted SGI1

yidY (S. enterica)

tnaL (E. coli)

In104 integron int

yidY (S. enterica)

tnaL (E. coli)

SGI1-encoded

Integrase

DR-L DR-R

Site-specific

excision/integration

Conjugative transfer

by mobilization in trans

Page 12: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 MDR Integrative Mobilisable Element

Conjugative IncA/C2 MDR plasmids (blaCMY-2, blaNDM-1,...) IncA/C MDR plasmids in fish pathogens Environmental MDR dissemination in aquatic ecosystem

IncA/C2 pR55

IncA/C1 pRA1

IncA/C2 pIP1202

IncA/C2 pR55

IncA/C2 pSN254

IncA/C2 pNDM-1_Dok01

Page 13: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 Episode 3: The Future...

SGI1 in other bacteria: Proteus mirabilis

First isolate in 2006 (Palestine, diabetic foot infection) Ahmed et al. 2007

Human and food isolates (China, 2007) Boyd et al. 2008

First French SGI1 Proteus mirabilis cases

A public Health concern ?

SGI1-V AkGKNeSSuToTm(ESBL, FQ)

(Siebor et al., 2011) dfrA1 orf513

ISCR1

qacE∆1 sul1 orf5 orf6

IRi IRt IRt

intI1 aacA4 tnpRΔ5’ tetA(A)Δ5’ orfC blaVEB-6

qacE∆1

sul1 IS6100 qnrA1 orf orf

qacE∆1

sul1 aadB

ESBL phenotype Low level FQ resistance

Page 14: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1-S AkGKSuTmTo

(Wilson et al., 2010)

IRi

dfrA1 orfC intI1 sul1

qacE∆1

orf5∆ rmtC ISEcp1∆

ISKpn14

aacC2

ISCfr1

E D A F P T R

gènes mer

Tn512

tniB∆ tniA

IRt

IRi512 IRmer

tniQ tniR tniB tniA

IRt512

Tn402

S044

SGI1 Episode 3: The Future...

An actual clinical hazard in the near future?

SGI1-S from S. enterica serovar Virchow strain SL491

Page 15: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 Episode 3: The Future...

Establishment of SGI1+-CIPR Kentucky ST198 in Poultry in Europe ?

Chickens in Belgium ?

Page 16: Salmonella Genomic Island 1 - Anses · Salmonella Genomic Island 1: Succès d’un îlot génomique de multirésistance à travers ces dernières décennies Journée Anses sur l’antibiorésistance

SGI1 Not the End...

ISP, Brussels, Belgium

Sophie Bertrand

Jean-Marc Collard

ANSES, Maisons-Alfort, France

Anne Brisabois

Sophie Granier

CERVA, Brussels, Belgium

Patrick Butaye

ANSES, Lyon, France

Jean-Yves Madec

Institut Pasteur, Paris, France François-Xavier Weill

Simon Le Hello

Laetitia Fabre

Agricultural Biotechnology Centre, Hongrie Ferenc Olasz

Janos Kiss

National Microbiology Laboratory, Public Health

Agency of Canada Michael R. Mulvey

David A. Boyd

INRA, Nouzilly, France Axel Cloeckaert

Karine Praud

Gregory Douard

Chang Gung Children’s hospital, Taiwan

Cheng-Hsun Chiu

National Chiayi University, Taiwan

Chishih Chu

INSERM U914, Paris, France

Laurent Poirel