BackgroundGram-negative Enterobacteriaceae with resistance to carbapenem conferred by New Delhi metallo-β-lactamase 1 (NDM-1) are potentially a major global health problem. We investigated the prevalence of NDM-1, in multidrug-resistant Enterobacteriaceae in India, Pakistan, and the UK.MethodsEnterobacteriaceae isolates were studied from two major centres in India—Chennai (south India), Haryana (north India)—and those referred to the UK's national reference laboratory. Antibiotic susceptibilities were assessed, and the presence of the carbapenem resistance gene blaNDM-1 was established by PCR. Isolates were typed by pulsed-field gel electrophoresis of XbaI-restricted genomic DNA. Plasmids were analysed by S1 nuclease digestion and PCR typing. Case data for UK patients were reviewed for evidence of travel and recent admission to hospitals in India or Pakistan.FindingsWe identified 44 isolates with NDM-1 in Chennai, 26 in Haryana, 37 in the UK, and 73 in other sites in India and Pakistan. NDM-1 was mostly found among Escherichia coli (36) and Klebsiella pneumoniae (111), which were highly resistant to all antibiotics except to tigecycline and colistin. K pneumoniae isolates from Haryana were clonal but NDM-1 producers from the UK and Chennai were clonally diverse. Most isolates carried the NDM-1 gene on plasmids: those from UK and Chennai were readily transferable whereas those from Haryana were not conjugative. Many of the UK NDM-1 positive patients had travelled to India or Pakistan within the past year, or had links with these countries.InterpretationThe potential of NDM-1 to be a worldwide public health problem is great, and co-ordinated international surveillance is needed.FundingEuropean Union, Wellcome Trust, and Wyeth.

A Swedish patient of Indian origin traveled to New Delhi, India, and acquired a urinary tract infection caused by a carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae strain that typed to the sequence type 14 complex. The isolate, Klebsiella pneumoniae 05-506, was shown to possess a metallo-beta-lactamase (MBL) but was negative for previously known MBL genes. Gene libraries and amplification of class 1 integrons revealed three resistance-conferring regions; the first contained bla(CMY-4) flanked by ISEcP1 and blc. The second region of 4.8 kb contained a complex class 1 integron with the gene cassettes arr-2, a new erythromycin esterase gene; ereC; aadA1; and cmlA7. An intact ISCR1 element was shown to be downstream from the qac/sul genes. The third region consisted of a new MBL gene, designated bla(NDM-1), flanked on one side by K. pneumoniae DNA and a truncated IS26 element on its other side. The last two regions lie adjacent to one another, and all three regions are found on a 180-kb region that is easily transferable to recipient strains and that confers resistance to all antibiotics except fluoroquinolones and colistin. NDM-1 shares very little identity with other MBLs, with the most similar MBLs being VIM-1/VIM-2, with which it has only 32.4% identity. As well as possessing unique residues near the active site, NDM-1 also has an additional insert between positions 162 and 166 not present in other MBLs. NDM-1 has a molecular mass of 28 kDa, is monomeric, and can hydrolyze all beta-lactams except aztreonam. Compared to VIM-2, NDM-1 displays tighter binding to most cephalosporins, in particular, cefuroxime, cefotaxime, and cephalothin (cefalotin), and also to the penicillins. NDM-1 does not bind to the carbapenems as tightly as IMP-1 or VIM-2 and turns over the carbapenems at a rate similar to that of VIM-2. In addition to K. pneumoniae 05-506, bla(NDM-1) was found on a 140-kb plasmid in an Escherichia coli strain isolated from the patient's feces, inferring the possibility of in vivo conjugation. The broad resistance carried on these plasmids is a further worrying development for India, which already has high levels of antibiotic resistance.

A rapid and reliable PCR-based technique was developed for detection of genes encoding carbapenemases belonging to different classes. Primers were designed to amplify the following 11 genes: bla(IMP), bla(VIM), bla(NDM), bla(SPM), bla(AIM), bla(DIM), bla(GIM), bla(SIM)bla(KPC), bla(BIC), and bla(OXA-48). Three different multiplex reaction mixtures were defined and evaluated for the detection of all these 11 genes. Using optimized conditions, each reaction mixture allowed to identify the respective genes, with PCR giving distinct amplicon sizes corresponding to the different genes for each mixture. We reported here a rapid and reliable technique for screening all clinically relevant carbapenemase genes.

Not all patients infected with NDM-1-positive bacteria have a history of hospital admission in India, and extended-spectrum β-lactamases are known to be circulating in the Indian community. We therefore measured the prevalence of the NDM-1 gene in drinking water and seepage samples in New Delhi.Swabs absorbing about 100 μL of seepage water (ie, water pools in streets or rivulets) and 15 mL samples of public tap water were collected from sites within a 12 km radius of central New Delhi, with each site photographed and documented. Samples were transported to the UK and tested for the presence of the NDM-1 gene, bla(NDM-1), by PCR and DNA probing. As a control group, 100 μL sewage effluent samples were taken from the Cardiff Wastewater Treatment Works, Tremorfa, Wales. Bacteria from all samples were recovered and examined for bla(NDM-1) by PCR and sequencing. We identified NDM-1-positive isolates, undertook susceptibility testing, and, where appropriate, typed the isolates. We undertook Inc typing on bla(NDM-1)-positive plasmids. Transconjugants were created to assess plasmid transfer frequency and its relation to temperature.From Sept 26 to Oct 10, 2010, 171 seepage samples and 50 tap water samples from New Delhi and 70 sewage effluent samples from Cardiff Wastewater Treatment Works were collected. We detected bla(NDM-1) in two of 50 drinking-water samples and 51 of 171 seepage samples from New Delhi; the gene was not found in any sample from Cardiff. Bacteria with bla(NDM-1) were grown from 12 of 171 seepage samples and two of 50 water samples, and included 11 species in which NDM-1 has not previously been reported, including Shigella boydii and Vibrio cholerae. Carriage by enterobacteria, aeromonads, and V cholera was stable, generally transmissible, and associated with resistance patterns typical for NDM-1; carriage by non-fermenters was unstable in many cases and not associated with typical resistance. 20 strains of bacteria were found in the samples, 12 of which carried bla(NDM-1) on plasmids, which ranged in size from 140 to 400 kb. Isolates of Aeromonas caviae and V cholerae carried bla(NDM-1) on chromosomes. Conjugative transfer was more common at 30°C than at 25°C or 37°C.The presence of NDM-1 β-lactamase-producing bacteria in environmental samples in New Delhi has important implications for people living in the city who are reliant on public water and sanitation facilities. International surveillance of resistance, incorporating environmental sampling as well as examination of clinical isolates, needs to be established as a priority.European Union.

Background Gaps in the diagnostic capacity and heterogeneity of national surveillance and reporting standards in Europe make it difficult to contain carbapenemase-producing Enterobacteriaceae. We report the development of a consistent sampling framework and the results of the first structured survey on the occurrence of carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli in European hospitals. Methods National expert laboratories recruited hospitals with diagnostic capacities, who collected the first ten carbapenem non-susceptible clinical isolates of K pneumoniae or E coli and ten susceptible same-species comparator isolates and pertinent patient and hospital information. Isolates and data were relayed back to national expert laboratories, which made laboratory-substantiated information available for central analysis. Findings Between Nov 1, 2013, and April 30, 2014, 455 sentinel hospitals in 36 countries submitted 2703 clinical isolates (2301 [85%] K pneumoniae and 402 (15%) E coli). 850 (37%) of 2301 K pneumoniae samples and 77 (19%) of 402 E coli samples were carbapenemase (KPC, NDM, OXA-48-like, or VIM) producers. The ratio of K pneumoniae to E coli was 11:1. 1·3 patients per 10 000 hospital admissions had positive clinical specimens. Prevalence differed greatly, with the highest rates in Mediterranean and Balkan countries. Carbapenemase-producing K pneumoniae isolates showed high resistance to last-line antibiotics. Interpretation This initiative shows an encouraging commitment by all participants, and suggests that challenges in the establishment of a continent-wide enhanced sentinel surveillance for carbapenemase-producing Enterobacteriaeceae can be overcome. Strengthening infection control efforts in hospitals is crucial for controlling spread through local and national health care networks. Funding European Centre for Disease Prevention and Control.

BackgroundUnderstanding of the factors driving global antimicrobial resistance is limited. We analysed antimicrobial resistance and antibiotic consumption worldwide versus many potential contributing factors.MethodsUsing three sources of data (ResistanceMap, the WHO 2014 report on antimicrobial resistance, and contemporary publications), we created two global indices of antimicrobial resistance for 103 countries using data from 2008 to 2014: Escherichia coli resistance—the global average prevalence of E coli bacteria that were resistant to third-generation cephalosporins and fluoroquinolones, and aggregate resistance—the combined average prevalence of E coli and Klebsiella spp resistant to third-generation cephalosporins, fluoroquinolones, and carbapenems, and meticillin-resistant Staphylococcus aureus. Antibiotic consumption data were obtained from the IQVIA MIDAS database. The World Bank DataBank was used to obtain data for governance, education, gross domestic product (GDP) per capita, health-care spending, and community infrastructure (eg, sanitation). A corruption index was derived using data from Transparency International. We examined associations between antimicrobial resistance and potential contributing factors using simple correlation for a univariate analysis and a logistic regression model for a multivariable analysis.FindingsIn the univariate analysis, GDP per capita, education, infrastructure, public health-care spending, and antibiotic consumption were all inversely correlated with the two antimicrobial resistance indices, whereas higher temperatures, poorer governance, and the ratio of private to public health expenditure were positively correlated. In the multivariable regression analysis (confined to the 73 countries for which antibiotic consumption data were available) considering the effect of changes in indices on E coli resistance (R2 0·54) and aggregate resistance (R2 0·75), better infrastructure (p=0·014 and p=0·0052) and better governance (p=0·025 and p<0·0001) were associated with lower antimicrobial resistance indices. Antibiotic consumption was not significantly associated with either antimicrobial resistance index in the multivariable analysis (p=0·64 and p=0·070).InterpretationReduction of antibiotic consumption will not be sufficient to control antimicrobial resistance because contagion—the spread of resistant strains and resistance genes—seems to be the dominant contributing factor. Improving sanitation, increasing access to clean water, and ensuring good governance, as well as increasing public health-care expenditure and better regulating the private health sector are all necessary to reduce global antimicrobial resistance.FundingNone.

Background Precision medicine approaches that target patients on the basis of disease subtype have transformed treatment approaches to cancer, asthma, and other heterogeneous syndromes. Two distinct subphenotypes of acute respiratory distress syndrome (ARDS) have been identified in three US-based clinical trials, and these subphenotypes respond differently to positive end-expiratory pressure and fluid management. We aimed to investigate whether these subphenotypes exist in non-US patient populations and respond differently to pharmacotherapies. Methods HARP-2 was a multicentre, randomised controlled trial of simvastatin (80 mg) versus placebo done in general intensive care units (ICUs) at 40 hospitals in the UK and Ireland within 48 h of onset of ARDS. The primary outcome was ventilator-free days, and secondary outcomes included non-pulmonary organ failure-free days and mortality. In a secondary analysis of HARP-2, we applied latent class analysis to baseline data without consideration of outcomes to identify subphenotypes, and we compared clinical outcomes across subphenotypes and treatment groups. Findings 540 patients were recruited to HARP-2. One patient withdrew consent for the use of their data, so data from 539 patients were analysed. In our secondary analysis, a two-class (two subphenotype) model was an improvement over a one-class model (p<0·0001), with 353 (65%) patients in the hypoinflammatory subphenotype group and 186 (35%) in the hyperinflammatory subphenotype group. Additional classes did not improve model fit. Clinical and biological characteristics of the two subphenotypes were similar to previous studies. Patients with the hyperinflammatory subphenotype had fewer ventilator-free days (median 2 days [IQR 0–17] vs 18 [IQR 0–23]; p<0·0001), fewer non-pulmonary organ failure-free days (15 [0–25] vs 27 [21–28]; p<0·0001), and higher 28-day mortality (73 [39%] vs 59 [17%]; p<0·0001) than did those with the hypoinflammatory subphenotype. Although HARP-2 found no difference in 28-day survival between placebo and simvastatin, significantly different survival was identified across patients stratified by treatment and subphenotype (p<0·0001). Specifically, within the hyperinflammatory subphenotype, patients treated with simvastatin had significantly higher 28-day survival than did those given placebo (p=0·008). A similar pattern was observed for 90-day survival. Interpretation Two subphenotypes of ARDS were identified in the HARP-2 cohort, with distinct clinical and biological features and disparate clinical outcomes. The hyperinflammatory subphenotype had improved survival with simvastatin compared with placebo. These findings support further pursuit of predictive enrichment strategies in critical care clinical trials. Funding UK Efficacy and Mechanism Evaluation Programme and National Institutes of Health.

Tigecycline is a last-resort antibiotic that is used to treat severe infections caused by extensively drug-resistant bacteria. tet(X) has been shown to encode a flavin-dependent monooxygenase that modifies tigecycline1,2. Here, we report two unique mobile tigecycline-resistance genes, tet(X3) and tet(X4), in numerous Enterobacteriaceae and Acinetobacter that were isolated from animals, meat for consumption and humans. Tet(X3) and Tet(X4) inactivate all tetracyclines, including tigecycline and the newly FDA-approved eravacycline and omadacycline. Both tet(X3) and tet(X4) increase (by 64–128-fold) the tigecycline minimal inhibitory concentration values for Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae and Acinetobacter baumannii. In addition, both Tet(X3) (A. baumannii) and Tet(X4) (E. coli) significantly compromise tigecycline in in vivo infection models. Both tet(X3) and tet(X4) are adjacent to insertion sequence ISVsa3 on their respective conjugative plasmids and confer a mild fitness cost (relative fitness of >0.704). Database mining and retrospective screening analyses confirm that tet(X3) and tet(X4) are globally present in clinical bacteria—even in the same bacteria as blaNDM-1, resulting in resistance to both tigecycline and carbapenems. Our findings suggest that both the surveillance of tet(X) variants in clinical and animal sectors and the use of tetracyclines in food production require urgent global attention. Mobile tet(X3) and tet(X4) genes are identified on conjugative plasmids in Enterobacteriaceae and Acinetobacter isolated from humans, meat for consumption and animals that confer resistance to tetracyclines, including tigecycline, eravacycline and omadacycline.

Escherichia coli sequence type 131 (ST131) is a globally disseminated, multidrug resistant (MDR) clone responsible for a high proportion of urinary tract and bloodstream infections. The rapid emergence and successful spread of E. coli ST131 is strongly associated with several factors, including resistance to fluoroquinolones, high virulence gene content, the possession of the type 1 fimbriae FimH30 allele, and the production of the CTX-M-15 extended spectrum β-lactamase (ESBL). Here, we used genome sequencing to examine the molecular epidemiology of a collection of E. coli ST131 strains isolated from six distinct geographical locations across the world spanning 2000-2011. The global phylogeny of E. coli ST131, determined from whole-genome sequence data, revealed a single lineage of E. coli ST131 distinct from other extraintestinal E. coli strains within the B2 phylogroup. Three closely related E. coli ST131 sublineages were identified, with little association to geographic origin. The majority of single-nucleotide variants associated with each of the sublineages were due to recombination in regions adjacent to mobile genetic elements (MGEs). The most prevalent sublineage of ST131 strains was characterized by fluoroquinolone resistance, and a distinct virulence factor and MGE profile. Four different variants of the CTX-M ESBL-resistance gene were identified in our ST131 strains, with acquisition of CTX-M-15 representing a defining feature of a discrete but geographically dispersed ST131 sublineage. This study confirms the global dispersal of a single E. coli ST131 clone and demonstrates the role of MGEs and recombination in the evolution of this important MDR pathogen.