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.

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.

Objectives: The objective of this study was to identify the mechanisms of cefotaxime resistance (CTX-R) in 1226 Escherichia coli from 4581 environmental samples collected on 53 dairy farms over a 2-year period in South West England and to characterise a blaCTX-M-32-producing plasmid, pMOO-32, found to be widely distributed. Methods: CTX-R isolates were identified using MIC breakpoint agar plates. β-lactamase genes of interest (GOIs) were detected by PCR. WGS was performed and analysed using the Center for Genomic Epidemiology platform. A plasmid-specific multiplex PCR was designed to indicate the presence of plasmid pMOO-32. Results: Amongst 1226 CTX-R isolates, PCR identified blaCTX-M group 1 (549 isolates), blaCTX-M group 9 (100 isolates), blaCMY (12 isolates), blaDHA (1 isolate) and no GOI (566 isolates). WGS analysis of 184 representative isolates identified blaCTX-M (131 isolates; encoding CTX-M-1, -14, -15, -32 and the novel variant, CTX-M-214), blaCMY-2 (6 isolates), blaDHA-1 (one isolate) and presumed AmpC-hyperproduction in 46 isolates that were PCR negative for GOIs. A highly conserved plasmid was identified in 73 isolates, representing 27 E. coli STs. This ~220 kb IncHI2 plasmid carrying blaCTX-M-32 was designated pMOO-32, was found to be stable in cattle and human transconjugant E. coli even in the absence of selective pressure, and was found by multiplex PCR to be present on 26/53 study farms. Conclusions: β-lactamases capable of conferring resistance to third generation cephalosporins were evident on 47/53 farms within this study. This was largely because of the widespread dissemination of an IncHI2 plasmid carrying blaCTX-M-32.

OBJECTIVES: In Klebsiella pneumoniae, overproduction of RamA results in reduced envelope permeability and reduced antimicrobial susceptibility but clinically relevant resistance is rarely observed. Here we have tested whether RamA over-production can enhance acquired β-lactam resistance mechanisms in K. pneumoniae and have defined the envelope protein abundance changes seen upon RamA overproduction during growth in low and high osmolarity media. METHODS: Envelope permeability was estimated using a fluorescent dye accumulation assay. Antibiotic susceptibility was measured using disc testing. Total envelope protein production was quantified using LC-MS/MS proteomics and transcript levels quantified by Real Time RT-PCR. RESULTS: RamA overproduction enhanced β-lactamase mediated β-lactam resistance, in some cases dramatically, without altering β-lactamase production. It increased production of efflux pumps and decreased OmpK35 porin production, though micF over-expression showed that OmpK35 reduction has little impact on envelope permeability. A survey of K. pneumoniae bloodstream isolates revealed ramA hyperexpression in 3 out of 4 carbapenemase producers, 1/21 CTX-M producers and 2/19 strains not carrying CTX-M or carbapenemases. CONCLUSIONS: Whilst RamA is not a key mediator of antibiotic resistance in K. pneumoniae on its own, it is potentially important for enhancing the spectrum of acquired β-lactamase mediated β-lactam resistance. LC-MS/MS proteomics analysis has revealed that this enhancement is achieved predominantly through activation of efflux pump production.

Fluoroquinolone resistance in bacteria is multifactorial, involving target site mutations, reductions in fluoroquinolone entry due to reduced porin production, increased fluoroquinolone efflux, enzymes that modify fluoroquinolones, and Qnr, a DNA mimic that protects the drug target from fluoroquinolone binding. Here we report a comprehensive analysis using transformation and in vitro mutant selection, of the relative importance of each of these mechanisms in fluoroquinolone resistance and non-susceptibility, using Klebsiella pneumoniae, one of the most clinically important multi-drug resistant bacterial species known, as a model system. Our improved biological understanding was then used to generate rules that could be predict fluoroquinolone susceptibility in K. pneumoniae clinical isolates. Key to the success of this predictive process was the use of liquid chromatography tandem mass spectrometry to measure the abundance of proteins in extracts of cultured bacteria, identifying which sequence variants seen in the whole genome sequence data were functionally important in the context of fluoroquinolone susceptibility.

Objectives: To characterise putative AmpC hyper-producing 3rd generation cephalosporin-resistant E. coli from dairy farms and their phylogenetic relationships as well as to identify risk factors for their presence; to assess evidence for their zoonotic transmission into the local human population Methods: Proteomics was used to explain differences in antimicrobial susceptibility. Whole genome sequencing allowed phylogenetic analysis. Multilevel, multivariable logistic regression modelling was used to identify risk factors. Results: Increased use of amoxicillin-clavulanate was associated with an increased risk of finding AmpC hyper-producers on farms. Expansion of cephalosporin resistance in AmpC hyper-producers was seen in farm isolates with marR mutations (conferring cefoperazone resistance) or when AmpC was mutated (conferring 4th generation cephalosporin and cefoperazone resistance). Phylogenetic analysis confirmed the dominance of ST88 amongst farm AmpC hyper-producers but there was no evidence for acquisition of farm isolates by members of the local human population. Conclusions: In this two-year surveillance study of 53 dairy farms, AmpC hyper-production was the cause of cefotaxime resistance in 46.2% of E. coli. There was evidence of recent farm-to-farm transmission and of adaptive mutations to expand resistance. Whilst there was no evidence of isolates entering the local human population, efforts to reduce 3rd generation cephalosporin resistance on dairy farms must address the high prevalence of AmpC hyper-producers. The finding that amoxicillin-clavulanate use was associated with increased risk of finding AmpC hyper-producers is important because this is not currently categorised as a highest-priority critically important antimicrobial and so is not currently targeted for specific usage restrictions in the UK.

In vitro antibacterial susceptibility testing informs clinical decision making concerning antibacterial therapeutics. Predicting, in a timely manner, which bacterial infection will respond to treatment by a given antibacterial drug reduces morbidity, mortality, and healthcare costs. It also allows prudent antibacterial use, because clinicians can focus on the least broad-spectrum agent suitable for each patient. Existing susceptibly testing methodologies rely on growth of bacteria in the presence of an antibacterial drug. There is significant interest in the possibility of predicting antibacterial drug susceptibility directly though the analysis of bacterial DNA or protein, because this may lead to more rapid susceptibility testing directly from clinical samples. Here we report a robust and tractable methodology that allows measurement of the abundance of key proteins responsible for antibacterial drug resistance within samples of 1 microgram of total bacterial protein. The method allowed correct prediction of beta-lactam susceptibility in clinical isolates from four key bacterial species and added considerable value over and above the information generated by whole genome sequencing, allowing for gene expression, not just gene presence to be considered, which is key when considering the complex interplays of multiple mechanisms of resistance.