E. coli NORM plasmidomet

Genomisk analyse av 3254 E. coli blodkultur isolater fra perioden 2002-2017 innsamlet fra 15 laboratorier via NORM har tidligere blitt publisert (1). Denne studien viste at noen kloner som f.eks. sekvenstype (ST)73, ST95, ST69, ST131 og ST14 var dominerende og utgjorde >50 % av E. coli populasjonen. Studien viste også at utbredelsen av ESBL og ciprofloxacin resistens i Norge var sterkt assosiert med subkloner av ST131. Denne studien baserte seg på sekvenseringsteknologi som gir korte fragmenter og vi kunne derfor i begrenset omfang analysere plasmider i materialet. For å undersøke betydningen av plasmider, ble 2054 av 3254 isolater valgt ut basert på den genetiske diversiteten i materialet og for å inkludere alle isolater av de fire mest dominante klonene (ST73, ST95, ST131 og ST69). Disse isolatene ble sekvensert med Oxford Nanopore sekvensering som gir lengre sekvenseringsfragmenter og mulighet til å lukke kromosomer og plasmider.

Totalt ble det oppnådd kvalitetssikrede assemblier for 1999 genomer og 4569 plasmider (4071 sirkulære). Ved hjelp av bioinformatiske verktøy (blant annet mge-cluster (3)) utviklet for studien ble disse typet og kategorisert. Studien viser at noen plasmider er bredt spredt i E. coli populasjonen via horisontal genoverføring, mens noen plasmider er mer assosiert med et begrenset utvalg av kloner. IncF plasmider er tidligere vist å være assosiert med antibiotikaresistens og andre egenskaper (f.eks. virulens). Undersøkelse av IncF plasmider viser at disse er genetisk fleksible og en hub for å samle og spre slike egenskaper. Vi undersøkte også rollen til plasmidene i suksessen til de fire mest dominante klonene. Resultatene her viste at plasmider har spilt en forskjellig rolle avhengig av klon og har bidratt til ekspansjon av disse klonene i forskjellige tidsperioder. Til slutt ble det oppdaget at noen plasmider hadde gener som koder for bakteriociner som har bakteriedrepene egenskaper. For å undersøke om disse kunne ha betydning i konkurransen mellom kloner utsatte vi bakterier med disse for eksternt stress slik at disse ble uttrykt og testet effekten på ett utvalg av isolatene. Resultatene her viste at disse kunne drepe diverse kloner. Dette kan være med på å forklare hvorfor kloner som i hovedsak er følsomme for antibiotika (f.eks. ST95) kan være en dominerende klon i E. coli populasjonen.   

Vi ønsker å takke alle laboratoriene som bidro med isolater til studien. Studien viser nytteverdien av oppbevaring av isolater som inkluderes i NORM.

Les selve studien ( publisert i Nature Communications )

For spørsmål om studien kontakt: orjan.samuelsen@unn.no

Referanser:

1. Gladstone RA, McNally A, Pöntinen AK, Tonkin-Hill G, Lees JA, Skytén K, Cléon F, Christensen MOK, Haldorsen BC, Bye KK, Gammelsrud KW, Hjetland R, Kümmel A, Larsen HE, Lindemann PC, Löhr IH, Marvik Å, Nilsen E, Noer MT, Simonsen GS, Steinbakk M, Tofteland S, Vattøy M, Bentley SD, Croucher NJ, Parkhill J, Johnsen PJ, Samuelsen Ø, Corander J. Emergence and dissemination of antimicrobial resistance in Escherichia coli causing bloodstream infections in Norway in 2002-17: a nationwide, longitudinal, microbial population genomic study. Lancet Microbe. 2021 Jul;2(7):e331-e341. doi: 10.1016/S2666-5247(21)00031-8.
2. Sergio Arredondo-Alonso, Rebecca A Gladstone, Anna K Pöntinen, João A Gama, Anita C Schürch, Val F Lanza, Pål Jarle Johnsen, Ørjan Samuelsen, Gerry Tonkin-Hill, Jukka Corander. Mge-cluster: a reference-free approach for typing bacterial plasmids. NAR Genom Bioinform. 2023 Jul 10;5(3):lqad066. doi: 10.1093/nargab/lqad066