Clostridium perfringens is a major enteric pathogen known to cause gastroenteritis in human adults. Although major outbreak cases are frequently reported, limited Whole Genome Sequencing (WGS) based studies have been performed to understand the genomic epidemiology and virulence gene content of C. perfringens-associated outbreak strains. We performed both genomic and phylogenetic analysis on 109 C. perfringens strains (human and food) isolated from disease cases in England and Wales between 2011-2017. Initial findings highlighted the enhanced discriminatory power of WGS in profiling outbreak C. perfringens strains, when compared to the current Public Health England referencing laboratory technique of Fluorescent Amplified Fragment Length Polymorphism (fAFLP). Further analysis identified that isogenic C. perfringens strains were associated with nine distinct care home-associated outbreaks over the course of a 5-year interval, indicating a potential common source linked to these outbreaks or transmission over time and space. As expected the enterotoxin CPE gene was encoded in all but 4 isolates (96.4%; 105/109), with virulence plasmids encoding cpe (particularly pCPF5603- and pCPF4969-family plasmids) extensively distributed (82.6%;90/109). Genes encoding accessory virulence factors, such as beta-2 toxin, were commonly detected (46.7%; 50/109), and genes encoding phage proteins were also frequently identified, with additional analysis indicating their contribution to increased virulence determinants within the genomes of gastroenteritis-associated C. perfringens. Overall this large-scale genomic study of gastroenteritis-associated C. perfringens suggested that 3 major sub-types underlie these outbreaks: strains carrying (1) pCPF5603 plasmid, (2) pCPF4969 plasmid, and (3) strains carrying cpe on transposable element Tn5565 (usually integrated into chromosome). Our findings indicate that further studies will be required to fully probe this enteric pathogen, particularly in relation to developing intervention and prevention strategies to reduce food poisoning disease burden in vulnerable patients, such as the elderly.

Listeria monocytogenes is a significant concern for the food industry due to its ability to persist in the food processing environment. Decreased susceptibility to disinfectants is one of the factors that contribute to the persistence of L. monocytogenes. The objective of this study was to explore the diversity of L. monocytogenes susceptibility to quaternary ammonium compounds (QACs) using 1,671 L. monocytogenes isolates. This was used to determine the phenotype-genotype concordance and characterize genomes of the QAC sensitive and tolerant isolates for stress resistance, virulence and plasmid replicon genes. Distribution of QAC tolerance genes among 37,897 publicly available L. monocytogenes genomes were also examined. The minimum inhibitory concentration to QACs was determined by the broth microdilution method and non-sequenced isolates (n=1,244) were whole genome sequenced. Genotype-phenotype concordance was 99% for benzalkonium chloride, DDAC and a commercial QAC based sanitizer. Prevalence of QAC tolerance genes was 23% and 28% in our L. monocytogenes collection and in the global dataset, respectively. qacH was the most prevalent gene in our collection (61%), with 19% prevalence in the global dataset. Notably, bcrABC was most common (72%) globally, while 25% in our collection. Prevalence of emrC and emrE was comparable in both datasets, 7% and 2%, respectively. Replicon genes, indicative of plasmid harborage, were detected in 44% of the isolates and associated with the QAC tolerant phenotype. The presented analysis is based on the biggest L. monocytogenes collection in diversity and quantity for characterization of the L. monocytogenes QAC tolerance at both phenotypic and genomic levels.