Abstract Burkholderia spp. are often resistant to antibiotics, and infections with these organisms are difficult to treat. A potential alternative treatment for Burkholderia spp. infections is bacteriophage (phage) therapy; however, it can be difficult to locate phages that target these bacteria. Prophages incorporated into the bacterial genome have been identified within Burkholderia spp. and may represent a source of useful phages for therapy. Here we investigate whether prophages within Burkholderia spp. clinical isolates can kill conspecific and heterospecific isolates. Thirty-two Burkholderia spp. isolates were induced for prophage release, and harvested prophages were tested for lytic activity against the same 32 isolates. Lytic phages were passaged and their host ranges were determined, resulting in four unique phages of prophage origin that showed different ranges of lytic activity. We also analyzed the prophage content of 35 Burkholderia spp. clinical isolate genomes, and identified several prophages present in the genomes of multiple isolates of the same species. Finally, we observed that B. cenocepacia isolates were more phage-susceptible than Burkholderia multivorans isolates. Overall, our findings suggest that prophages present within Burkholderia spp. genomes are a potentially useful starting point for the isolation and development of novel phages for use in phage therapy.

Abstract Carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii (CR Ab ) are a major cause of healthcare-associated infections. CR Ab are typically multidrug-resistant and infection is difficult to treat. Despite the urgent threat that CR Ab pose, few systematic studies of CR Ab clinical and molecular epidemiology have been conducted. The Study Network of Acinetobacter as a Carbapenem-Resistant Pathogen (SNAP) is designed to investigate the clinical characteristics and contemporary population structure of CR Ab circulating in US hospital systems using whole genome sequencing (WGS). Analysis of the initial 120 SNAP patients from four US centers revealed that CR Ab remain a significant threat to hospitalized patients, affecting the most vulnerable patients and resulting in 24% all-cause 30-day mortality. The majority of currently circulating isolates belonged to ST2 Pas , a part of Clonal Complex 2 (CC2), which is the dominant drug-resistant lineage in the United States and Europe. We identified three distinct sub-lineages within CC2, which differed in their antibiotic resistance phenotypes and geographic distribution. Most concerning, colistin resistance (38%) and cefiderocol (10%) resistance were common within CC2 sub-lineage C (CC2C), where the majority of isolates belonged to ST2 Pas /ST281 Ox . Additionally, we identified a newly emergent lineage, ST499 Pas that was the most common non-CC2 lineage in our study and had a more favorable drug susceptibility profile compared to CC2. Our findings suggest a shift within the CR Ab population in the US during the past 10 years, and emphasize the importance of real-time surveillance and molecular epidemiology in studying CR Ab dissemination and clinical impact. Importance Carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii (CR Ab ) constitute a major threat to public health. To elucidate the molecular and clinical epidemiology of CR Ab in the US, clinical CR Ab isolates were collected along with data on patient characteristics and outcomes and bacterial isolates underwent whole genome sequencing and antibiotic susceptibility phenotyping. Key findings included emergence of new sub-lineages within the globally predominant clonal complex (CC) 2, increased colistin and cefiderocol resistance within one of the CC2 sub-lineages, and the emergence of ST499 Pas as a previously unrecognized CR Ab lineage in US hospitals.

carbapenemase-producing

Escherichia coli belonging to sequence type ST131 constitute a globally distributed pandemic lineage that causes multidrug-resistant extra-intestinal infections. ST131 E. coli frequently produce extended-spectrum β-lactamases (ESBLs), which confer resistance to many β-lactam antibiotics and make infections difficult to treat. We sequenced the genomes of 154 ESBL-producing E. coli clinical isolates belonging to the ST131 lineage from patients at the University of Pittsburgh Medical Center (UPMC) between 2004 and 2018. Isolates belonged to the well described ST131 clades A (8%), B (3%), C1 (33%), and C2 (54%). An additional four isolates belonged to another distinct subclade within clade C and encoded genomic characteristics that have not been previously described. Time-dated phylogenetic analysis estimated that the most recent common ancestor (MRCA) for all clade C isolates from UPMC emerged around 1989, consistent with previous studies. We identified multiple genes potentially under selection in clade C, including the cell wall assembly gene ftsI, the LPS biosynthesis gene arnC, and the yersiniabactin uptake receptor fyuA. Diverse ESBL genes belonging to the blaCTX-M, blaSHV, and blaTEM families were identified; these genes were found at varying numbers of loci and in variable numbers of copies across isolates. Analysis of ESBL flanking regions revealed diverse mobile elements that varied by ESBL type. Overall, our findings show that ST131 subclades C1 and C2 dominated and were stably maintained among patients in the same hospital and uncover possible signals of ongoing adaptation within the clade C ST131 lineage.

Abstract Healthcare-associated infections (HAIs) cause mortality, morbidity, and waste of healthcare resources. HAIs are also an important driver of antimicrobial resistance, which is increasing around the world. Beginning in November 2016, we instituted an initiative to detect outbreaks of HAI using prospective whole genome sequencing-based surveillance of bacterial pathogens collected from hospitalized patients. Here we describe the biodiversity of bacteria sampled from hospitalized patients at a single center, as revealed through systematic analysis of their genomes. We sequenced the genomes of 3,004 bacterial isolates from hospitalized patients collected over a 25-month period. We identified bacteria belonging to 97 distinct species, which were distributed among 14 species groups. Within these groups, isolates could be distinguished from one another by both average nucleotide identity (ANI) and principal component analysis of accessory genes (PCA-A). Genetic distances between isolates and rates of evolution varied between different species, which has implications for the selection of distance cut-offs for outbreak analysis. Antimicrobial resistance genes and the sharing of mobile genetic elements between different species were frequently observed. Overall, this study describes the population structure of pathogens circulating in a single healthcare setting, and shows how investigating microbial population dynamics can inform genomic epidemiology studies. Importance Hospitalized patients are at increased risk of becoming infected with antibiotic-resistant organisms. We used whole-genome sequencing to survey and compare over 3,000 bacterial isolates collected from hospitalized patients at a large medical center over a two-year period. We identified nearly 100 different bacterial species, suggesting that patients can be infected with a wide variety of different organisms. When we examined how genetic relatedness differed between species, we found that different species are likely evolving at different rates within our hospital. This is significant because the identification of bacterial outbreaks in the hospital currently relies on genetic similarity cut-offs, which are often applied uniformly across organisms. Finally, we found that antibiotic resistance genes and mobile genetic elements were abundant among the bacterial isolates we sampled. Overall, this study provides an in-depth view of the genomic diversity and evolution of bacteria sampled from hospitalized patients, as well as genetic similarity estimates that can inform hospital outbreak detection and prevention efforts.

Multidrug-resistant bacterial pathogens pose a serious public health threat, especially in hospital settings. Horizontal gene transfer (HGT) of mobile genetic elements (MGEs) contributes to this threat by facilitating the rapid spread of genes conferring antibiotic resistance, enhanced virulence, and environmental persistence between nosocomial pathogens. Despite recent advances in microbial genomics, studies of HGT in hospital settings remain limited in scope. The objective of this study was to identify and track the movement of MGEs within a single hospital system using unbiased methods. We screened the genomes of 2,173 bacterial isolates from healthcare-associated infections collected over an 18-month time period to identify nucleotide regions that were identical in the genomes of bacteria belonging to distinct genera. These putative MGEs were found in 196 isolates belonging to 11 different genera; they grouped into 51 clusters of related elements, and they were most often shared between related genera. To resolve the genomic locations of the most prevalent MGEs, we performed long-read sequencing on a subset of representative isolates and generated highly contiguous, hybrid-assembled genomes. Many of these genomes contained plasmids and chromosomal elements encoding one or more of the MGEs we identified, which were often arranged in a mosaic fashion. We then tracked the appearance of ten MGE-bearing plasmids in all 2,173 genomes, and found evidence supporting the transfer of plasmids between patients independent from bacterial transmission. Finally, we identified two instances of likely plasmid transfer across genera within individual patients. In one instance, the plasmid appeared to have subsequently transferred to a second patient. By surveying a large number of bacterial genomes sampled from infections at a single hospital in a systematic and unbiased manner, we were able to track the independent transfer of MGEs over time. This work expands our understanding of HGT in healthcare settings, and can inform efforts to limit the spread of drug-resistant pathogens in hospitals.

Abstract Objective: Prior studies evaluating the impact of discontinuation of contact precautions (DcCP) on methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) outcomes have characterized all healthcare-associated infections (HAIs) rather than those likely preventable by contact precautions. We aimed to analyze the impact of DcCP on the rate of MRSA HAI including transmission events identified through whole genome sequencing (WGS) surveillance. Design: Quasi experimental interrupted time series. Setting: Acute care medical center. Participants: Inpatients. Methods: The effect of DcCP (use of gowns and gloves) for encounters among patients with MRSA carriage was evaluated using time series analysis of MRSA HAI rates from January 2019 through December 2022, compared to WGS-defined attributable transmission events before and after DcCP in December 2020. Results: The MRSA HAI rate was 4.22/10,000 patient days before and 2.98/10,000 patient days after DcCP (incidence rate ratio [IRR] 0.71 [95% confidence interval 0.56–0.89]) with a significant immediate decrease ( P = .001). There were 7 WGS-defined attributable transmission events before and 11 events after DcCP (incident rate ratio 0.90 [95% confidence interval 0.30–2.55]). Conclusions: DcCP did not result in an increase in MRSA HAI or, in WGS-defined attributable transmission events. Comprehensive analyses of the effect of transmission prevention measures should include outcomes specifically measuring transmission-associated HAI.