Colistin is a last-resort antibiotic that is used to treat severe infections caused by MDR and extensively drug-resistant (XDR) bacteria. The World Health Organization (WHO) has designated colistin as a “highest priority critically important antimicrobial for human medicine” (WHO, Critically Important Antimicrobials for Human Medicine , 5th revision , 2017, https://www.who.int/foodsafety/publications/antimicrobials-fifth/en/ ), as it is often one of the only therapies available for treating serious bacterial infections in critically ill patients. Plasmid-borne mcr genes that confer resistance to colistin pose a threat to public health at an international scale, as they can be transmitted via horizontal gene transfer and have the potential to spread globally. Therefore, the establishment of a complete reference of mcr genes that can be used to screen for plasmid-mediated colistin resistance is essential for developing effective control strategies.

Mobilized colistin resistance (mcr) genes are plasmid-borne genes that confer resistance to colistin, an antibiotic used to treat severe bacterial infections. To date, eight known mcr homologues have been described (mcr-1 to -8). Here, we describe mcr-9, a novel mcr homologue, detected in a Salmonella enterica serotype Typhimurium (S. Typhimurium) genome using an in silico approach, followed by experimental functional analysis. The amino acid sequence of mcr-9, detected in a multidrug resistant (MDR) S. Typhimurium strain isolated from a human patient in Washington State in 2010, most closely resembled mcr-3, aligning with 64.5% amino acid identity and 99.5% coverage using translated nucleotide blast. The S. Typhimurium strain was tested for phenotypic resistance to colistin and was found to be sensitive at the 2 mg/L European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing breakpoint under the tested conditions. To determine whether it was capable of conferring resistance to colistin when expressed in a heterologous host, mcr-9 was cloned in colistin-susceptible Escherichia coli NEB5α under an IPTG-induced promoter. Expression of mcr-9 conferred resistance to colistin in E. coli NEB5α at 1, 2, and 2.5 mg/L colistin, albeit at a lower level when compared to mcr-3. Pairwise comparisons of the predicted protein structures associated with all nine mcr homologues (Mcr-1 to -9) revealed that Mcr-9, Mcr-3, and Mcr-7 share a high degree of similarity at the structural level. The results of our approach indicate that mcr-9 is capable of conferring phenotypic resistance to colistin in Enterobacteriaceae and should be immediately considered when monitoring plasmid-mediated colistin resistance. Importance: Colistin is a last-resort antibiotic that is used to treat severe infections caused by MDR and extensively drug resistant (XDR) bacteria. The World Health Organization (WHO) has designated colistin as a Highest Priority Critically Important Antimicrobial for human medicine (WHO, Critically Important Antimicrobials for Human Medicine, 5th Revision, 2017), as it is often one of the only therapies available for treating serious bacterial infections in critically ill patients. Plasmid-borne mcr genes that confer resistance to colistin pose a threat to public health at an international scale, as they can be transmitted via horizontal gene transfer and have the potential to spread globally. Therefore, the establishment of a complete reference of mcr genes that can be used to screen for plasmid-mediated colistin resistance is essential for developing effective control strategies.

Listeriosis is a food borne disease associated with high hospitalization and fatality rates; in 2014, EU member states reported 2194 cases with 98.9% hospitalization rates and 210 fatalities. Proper risk analysis and the development of effective food safety strategies critically depend on the knowledge of the growth characteristics of L. monocytogenes on the product in question. Ready-to-eat (RTE) salads present a challenge in this context due to the absence of a heat treatment step before consumption and the interaction of pathogens with the plant microbial microbiota. This study provides challenge-test based data of the growth characteristics of L. monocytogenes on twelve RTE salads. The food matrix, storage time and storage temperature were factors with a significant impact on the growth of L. monocytogenes. While most tested salads permitted a significant increase of L. monocytogenes in at least one of the tested conditions, no growth was observed on celeriac, carrot and corn salad products. There was a considerable increase in growth at 8 C compared to 5 C. Our data indicate that the reduction of the storage temperature at retail level to 5 C and product shelf life could help mitigate the risk of L. monocytogenes in RTE salads.

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.

Abstract Salmonella enterica subspecies enterica serotype Typhimurium definitive type 104 (DT104) can infect both humans and animals and is often multidrug-resistant (MDR). Previous studies have indicated that, unlike most S. Typhimurium, the overwhelming majority of DT104 strains produce pertussis-like toxin ArtAB via prophage-encoded genes artAB . However, DT104 that lack artAB have been described on occasion. Here, we identify a MDR DT104 complex lineage circulating among humans and cattle in the United States, which lacks artAB (i.e., the “U.S. artAB -negative major clade”; n = 42 genomes). Unlike most other bovine- and human-associated DT104 complex strains from the U.S. ( n = 230 total genomes), which harbor artAB on prophage Gifsy-1 ( n = 177), members of the U.S. artAB -negative major clade lack Gifsy-1, as well as anti-inflammatory effector gogB . The U.S. artAB -negative major clade encompasses human- and cattle-associated strains isolated from ≥11 U.S. states over a twenty-year period. The clade was predicted to have lost artAB , Gifsy-1, and gogB circa 1985-1987 (95% highest posterior density interval 1979.0-1992.1). When compared to DT104 genomes from other world regions ( n = 752 total genomes), several additional, sporadic artAB , Gifsy-1, and/or gogB loss events among clades encompassing ≤5 genomes were observed. Using phenotypic assays that simulate conditions encountered during human and/or bovine digestion, members of the U.S. artAB -negative major clade did not differ from closely related Gifsy-1/ artAB / gogB -harboring U.S. DT104 complex strains (ANOVA raw P -value > 0.05); thus, future research is needed to elucidate the roles that artAB , gogB , and Gifsy-1 play in DT104 virulence in humans and animals. Impact Statement Multi-drug resistant (MDR) Salmonella enterica serotype Typhimurium definitive type 104 (DT104) was responsible for a global epidemic among humans and animals throughout the 1990s and continues to circulate worldwide. Previous studies have indicated that the vast majority of DT104 produce pertussis-like toxin ArtAB via prophage-encoded artAB . Here, we identify a DT104 complex lineage that has been circulating among cattle and humans across ≥11 U.S. states for over twenty years, which lacks the ability to produce ArtAB (i.e., the “U.S. artAB -negative major clade”). The common ancestor of all U.S. artAB -negative major clade members lost the ability to produce ArtAB in the 1980s; however, the reason for this loss-of-function event within this well-established pathogen remains unclear. The role that ArtAB plays in DT104 virulence remains elusive, and phenotypic assays conducted here indicate that members of the U.S. artAB -negative major clade do not have a significant advantage or disadvantage relative to closely related, Gifsy-1/ artAB / gogB -harboring U.S. DT104 complex strains when exposed to stressors encountered during human and/or bovine digestion in vitro . However, ArtAB heterogeneity within the DT104 complex suggests clade-specific selection for or against maintenance of ArtAB. Thus, future studies querying the virulence characteristics of the U.S. artAB -negative major clade are needed. Data Summary Supplementary Data is available under DOI 10.5281/zenodo.7688792, with URL https://doi.org/10.5281/zenodo.7688792 .