Stenotrophomonas maltophilia is a nosocomial opportunistic pathogen of the Xanthomonadaceae. The organism has been isolated from both clinical and soil environments in addition to the sputum of cystic fibrosis patients and the immunocompromised. Whilst relatively distant phylogenetically, the closest sequenced relatives of S. maltophilia are the plant pathogenic xanthomonads. The genome of the bacteremia-associated isolate S. maltophilia K279a is 4,851,126 bp and of high G+C content. The sequence reveals an organism with a remarkable capacity for drug and heavy metal resistance. In addition to a number of genes conferring resistance to antimicrobial drugs of different classes via alternative mechanisms, nine resistance-nodulation-division (RND)-type putative antimicrobial efflux systems are present. Functional genomic analysis confirms a role in drug resistance for several of the novel RND efflux pumps. S. maltophilia possesses potentially mobile regions of DNA and encodes a number of pili and fimbriae likely to be involved in adhesion and biofilm formation that may also contribute to increased antimicrobial drug resistance. The panoply of antimicrobial drug resistance genes and mobile genetic elements found suggests that the organism can act as a reservoir of antimicrobial drug resistance determinants in a clinical environment, which is an issue of considerable concern.

Abstract Objectives Third-generation cephalosporin-resistant Escherichia coli from community-acquired urinary tract infections (UTI) have been increasingly reported worldwide. In this study we sought to determine and characterise the mechanisms of cefotaxime-resistance (CTX-R) employed by urinary E. coli obtained from primary care over a 12-month period, in Bristol and surrounding counties in the South West of England. Methods Cephalexin resistant (Ceph-R) E. coli isolates were identified directly from general practice (GP) referred urine samples using disc susceptibility testing as per standard diagnostic procedures. CTX-R was determined by subsequent plating onto MIC breakpoint plates. β-Lactamase genes were detected by PCR. Whole Genome Sequencing (WGS) was performed on 225 urinary isolates and analyses were performed using the Centre for Genomic Epidemiology platform. Patient information provided by the referring GPs was reviewed. Results During the study period, Ceph-R E. coli (n=900) were obtained directly from urines from 146 GPs. Seventy-percent (626/900) of isolates were CTX-R. WGS of 225 non-duplicate isolates identified that the most common mechanism of CTX-R was bla CTX-M carriage (185/225; 82.2%), predominantly bla CTX-M-15 (114/185; 61.6%), followed by carriage of plasmid mediated AmpCs (pAmpCs) (17/225; 7.6%), ESBL bla SHV variants (6/225; 2.7%), AmpC hyperproduction (13/225; 5.8%), or a combination of both bla CTX-M and pAmpC carriage (4/225; 1.8%). Forty-four sequence types (STs) were identified with ST131 representing 101/225 (45.0%) of sequenced isolates, within which the bla CTX-M-15 -positive clade C2 was dominant (54/101; 53.5%). Ciprofloxacin-resistance (CIP-R) was observed in 128/225 (56.9%) of sequenced CTX-R isolates – predominantly associated with fluoroquinolone-resistant clones ST131 and ST1193. Conclusions Most Ceph-R urinary E. coli s were CTX-R, predominantly caused by bla CTX-M carriage. There was a clear correlation between CTX-R and CIP-R, largely attributable to the dominance of the high-risk pandemic clones, ST131 and ST1193 in this study. This localised epidemiological data provides greater resolution than regional data and can be valuable for informing treatment choices in the primary care setting.

Abstract Little is known about the drivers of critically important antibacterial resistance in species with zoonotic potential present on farms (e.g. CTX-M □-lactamase-positive Escherichia coli ). Here, we collected samples, monthly over a two-year period, on 53 dairy farms in the South West of England, and data for 610 variables concerning antimicrobial usage, management practices and meteorological factors. We detected E. coli resistant to amoxicillin, ciprofloxacin streptomycin and tetracycline, respectively, in 2754/4145 (66%), 263/4145 (6%), 1475/4145 (36%) and 2874/4145 (69%) of all samples from faecally contaminated sites. E. coli positive for bla CTX-M were detected in 224/4145 (5.4%) of samples. Multilevel, multivariable logistic regression showed antibiotic dry cow therapeutic choice (including use of cefquinome or framycetin) to be associated with increased odds of bla CTX-M positivity. Low temperature was associated with reduced odds of bla CTX-M E. coli positivity in samples and to reduced odds of finding E. coli resistant to each of the four test antibacterials. This was additional to the effect of temperature on total E. coli density. Furthermore, samples collected close to calves had increased odds of having E. coli resistance to each antibacterial or positive for bla CTX-M . Samples collected on pastureland had reduced odds of having E. coli resistant to amoxicillin or tetracycline, and being positive for bla CTX-M . Importance Antibacterial resistance poses a significant threat to human and animal health and global food security. Surveillance for resistance on farms is important for many reasons, including to track the impacts of interventions aimed at reducing the prevalence of resistance. In this epidemiological survey of dairy farm antibacterial resistance, we show that local temperature, as it changes over the course of a year, is associated with the prevalence of antibacterial resistant E. coli . Also, that prevalence of resistant E. coli is higher in indoor environments and in environments inhabited by young animals. These findings have profound implications for routine surveillance and for surveys carried out for research. They provide important evidence that sampling at a single time-point and/or single location on a farm is unlikely to be adequate to accurately determine the status of the farm with regard to the presence or number of resistant E. coli .

ABSTRACT Objectives This study aimed to measure the variability in carbapenem susceptibility conferred by different OxaAb variants, characterise the molecular evolution of oxaAb and elucidate the contribution of OxaAb and other possible carbapenem resistance factors in the clinical isolates using WGS and LC-MS/MS. Methods Disc susceptibility and MIC broth microdilution tests were performed on ten clinical A. baumannii isolates and interpreted according to CLSI guidelines. Imipenem and meropenem MICs were evaluated for all oxaAb variants cloned into susceptible A. baumannii CIP70.10 and increased adeABC efflux pump gene expression BM4547 backgrounds, with and without their natural promoters. Molecular evolution analysis of the oxaAb variants was performed using FastTree and SplitsTree4. Resistance determinants were studied in the clinical isolates using WGS and LC-MS/MS analysis. Results OxaAb(82), OxaAb(83), OxaAb(107), and OxaAb(110) carrying I129L and L167V substitutions increased carbapenem MICs when transferred into susceptible A. baumannii backgrounds without an upstream IS element. Carbapenem resistance was conferred with the addition of their natural upstream IS Aba1 promoter. LC-MS/MS analysis on the original clinical isolates showed no differences in expression levels of proteins commonly associated with carbapenem resistance. Conclusions IS Aba1 -driven overexpression of OxaAb variants with substitutions I129L and L167V confers carbapenem resistance with no need for additional resistance mechanisms.

Abstract Meropenem is a clinically important antibacterial reserved for treatment of multi-resistant infections. In meropenem-resistant bacteria of the family Enterobacteriales, NDM-1 is considerably more common than IMP-1, despite both metallo-β-lactamases (MBLs) hydrolysing meropenem with almost identical kinetics. We show that bla NDM-1 consistently confers meropenem resistance in wild-type Enterobacteriales, but bla IMP-1 does not. The reason is higher bla NDM-1 expression because of its stronger promoter. However, the cost of meropenem resistance is reduced fitness of bla NDM-1 positive Enterobacteriales because of amino acid starvation. In parallel, from a clinical case, we identified multiple Enterobacter spp. isolates carrying a plasmid-encoded bla NDM-1 having a modified promoter region. This modification lowered MBL production to a level associated with zero fitness cost but, consequently, the isolates were not meropenem resistant. However, we identified a Klebsiella pneumoniae isolate from this same clinical case carrying the same bla NDM-1 plasmid. This isolate was meropenem resistant despite low-level NDM-1 production because of a ramR mutation, reducing envelope permeability. Overall, therefore, we show how the resistance/fitness trade-off for MBL carriage can be resolved. The result is sporadic emergence of meropenem resistance in a clinical setting.

Abstract Background Klebsiella pneumoniae (Kp) is an important pathogen of humans and animals, and recent reports of ‘convergent’ strains that carry both virulence and antimicrobial resistance genes (ARGs) have raised serious public health concern. The plasmid-borne iuc locus, encoding the siderophore aerobactin, is a key virulence factor in this species. The variant iuc 3 is associated with porcine and human clinical isolates and is carried by mostly uncharacterised IncF plasmids. Methods We used a combination of short-read and long-read sequencing to characterise IncFIB(K)/IncFII iuc 3-carrying plasmids harboured by 79 Kp isolates and one K. oxytoca isolate recovered as part of two large ‘One-Health’ studies in Italy (SpARK) and Thailand (OH-DART). Adding data from public repositories gave a combined dataset of 517 iuc 3 isolates, and the plasmids were analysed using both clustering and phylogenetic methods. Findings We note seven large, convergent, plasmids from Thailand that have emerged through the hybridisation of co-circulating plasmids harbouring iuc 3 and antimicrobial resistance genes (ARGs) encoding extended-spectrum beta-lactamases (ESBLs). We were also able to identify putative parental plasmids which were mostly associated with two neighbouring meat markets, as were the hybrid plasmids. Clustering and global phylogenetic analyses resolved an iuc 3 plasmid sub-group circulating throughout Asia, with occasional examples in Europe and elsewhere. This variant carries multiple ARGs and is commonly harboured by clinical isolates, thus warranting targeted plasmid surveillance. Interpretation Our study reveals that plasmid hybridisation leading to the convergence of resistance and virulence traits may be very common, even in non-clinical (‘One-Health’) settings. Population-scale plasmid genomics makes it possible to identify putative parental plasmids, which will help to identify plasmid types that are most likely to hybridise, and what the selective consequences may be for the plasmid and host. A distinct iuc 3 plasmid sub-variant is associated with clinical isolates in Asia which requires close monitoring. Research In Context Multiple reports of ‘convergent’ clones of Klebsiella pneumoniae that combine both hypervirulence and multidrug resistance (MDR-hvKp) have been published recently; a PubMed search in November 2023 using the key words ‘convergence Klebsiella pneumoniae ’ returned 143 papers, 99 of which were published from 2020 onwards. Our study demonstrates that the hybridisation of plasmids carrying AMR and virulence genes is a frequent, ongoing, process in natural populations. The subsequent transfer of plasmids conferring both traits is thus likely to be a key driver behind the spread of convergent strains. Our study also provides an exemplar of how hybrid assemblies can facilitate large-scale global genomic plasmid epidemiology. Evidence before the study Although multiple recent reports highlight the emergence and spread of convergent Kp strains, the confluence of resistance and virulence genes within the same plasmid has not been studied at a population level, and putative parental plasmids are rarely identified. Moreover, there have been few high-resolution genomic epidemiology studies on closely related plasmids using both long and short-read data on a global scale. Added value We more than double the number of complete sequences available for plasmids harbouring iuc 3 from 58 to 139 and provide evidence on the host lineages most likely to harbour these plasmids (e.g., ST35), and epidemiological source (e.g., pig, wild animal, human). Our comparative analysis of phylogenetic and clustering approaches will help to inform future plasmid epidemiological studies. Implications The hybridisation of plasmids harbouring virulence and resistance genes occurs frequently in natural populations, even within ‘One-Health’ settings. However, the selective drivers (if any) and evolutionary consequences of this phenomenon are unclear. There is clear utility in generating closed plasmid genomes on a population scale, and targeted plasmid surveillance on a clinical sub-variant of iuc 3 plasmids is warranted.

Synopsis Background Our primary aim was to test whether cattle-associated fluoroquinolone-resistant (FQ-R) Escherichia coli found on dairy farms were a significant cause of bacteriuria in humans living in the same 50 × 50 km geographical region located in South West England. Another aim was to identify risk factors for the presence of FQ-R E. coli on dairy farms. Methods FQ-R E. coli were isolated during 2017-18 from 42 dairy farms and from community urine samples. Forty-two cattle and 489 human urinary isolates were subjected to WGS, allowing phylogenetic comparisons. Risk factors were identified using a Bayesian regularisation approach. Results Of 489 FQ-R human isolates, 255 were also 3 rd generation cephalosporin-resistant (3GC-R), with strong genetic linkage between aac(6’)Ib-cr and bla CTX-M-15 . We identified possible farm-to-human sharing for pairs of ST744 and ST162 isolates, but core genome SNP distances (71 and 63, respectively) were smaller in pairs of ST744 and ST162 isolates from different farms (7 and 3 SNPs, respectively). Total farm fluoroquinolone use showed a positive association with the odds of isolating FQ-R E. coli while total dry cow therapy use showed a negative association. Conclusions This work suggests that FQ-R E. coli found on dairy farms have a limited impact on community bacteriuria within the local human population, however, this appears greater than observed for 3GC-R E. coli when studied in parallel. Reducing fluoroquinolone use may reduce the on-farm prevalence of FQ-R E. coli , and this reduction may be greater when dry cow therapy is targeted to the ecology of resistant E. coli on the farm.

Abstract We report a survey (August 2017 to March 2018) and risk factor analysis of faecal carriage of antibacterial-resistant (ABR) Escherichia coli in 223 sixteen-week-old dogs in the United Kingdom. Raw feeding was associated with the presence of E. coli resistant to fluoroquinolones, tetracycline, amoxicillin, and streptomycin, but not to cefalexin or cefotaxime. Whole genome sequencing of 30 fluoroquinolone-resistant (FQ-R), 22 cefotaxime-resistant (CTX-R) and seven dual FQ-R/CTX-R E. coli isolates showed a wide range of sequence types (STs), an approximately 50:50 split of CTX-M:AmpC-mediated CTX-R, and almost exclusively mutational FQ-R dominated by ST744 and ST162. Comparisons between E. coli isolates from puppies known to be located within a 50 x 50 km region with those isolated from human urinary tract and bloodstream infections (isolated in parallel in the same region) identified a clone of ST963 E. coli carrying chromosomal bla CMY.2 in two puppies and causing two urinary tract infections and one bloodstream infection. Furthermore, an ST744 FQ-R clone was carried by one puppy and caused one urinary tract infection. Accordingly, we conclude that raw feeding is associated with carriage of ABR E. coli in dogs even at sixteen weeks of age and that bacteria carried by dogs are shared with humans.

Mutants with enhanced growth in the presence of antibiotics but where the antibiotic's minimum inhibitory concentration does not change, are difficult to identify in mixed populations because they are not amenable to selection. Here we report that activatory mutations in the CreC signal sensor enhance growth of Escherichia coli in the presence of cefoxitin, cefotaxime and meropenem without increasing their minimum inhibitory concentrations. Enhanced growth is dependent on overproduction of the inner-membrane cre-regulon protein CreD.

Background: Bicyclic boronates are a new and potentially important class of β-lactamase inhibitor, with the ability to inhibit β-lactamases from all molecular classes, including mobile metallo-β-lactamases. Objective: Our objective was to identify mutants resistant to the actions of the bicyclic boronate inhibitor 2, when being used in combination with aztreonam. Methods: Overnight cultures were plated on to agar containing increasing concentrations of aztreonam with a fixed 10 mg/L concentration of the inhibitor. Resistant derivatives and parent strains were analysed by whole genome sequencing and LC-MS/MS proteomics to identify mechanism of resistance. Results: When using a mixed overnight culture containing one Escherichia coli (TEM-1, CTX-M-15, CMY-4 producer) and one Klebsiella pneumoniae (SHV-12, CTX-M-15, NDM-1 producer) mobilisation of an IncX3 plasmid carrying blaSHV-12 from the K. pneumoniae into the E. coli generated an aztreonam/boronate resistant derivative. Conclusions: High-level production of three bicyclic boronate susceptible enzymes (CMY-4, CTX-M-15, SHV-12) capable of hydrolysing aztreonam plus TEM-1, which binds the inhibitor, overcomes the fixed inhibitor dose used. This was only identified when using a mixed culture for selection. It would seem prudent that to allow for coalescence of the myriad β-lactamase genes commonly found in bacterial populations colonising humans, this mixed culture approach should be the norm when testing the potential for generating β-lactamase inhibitor resistance in pre-clinical analysis.