Daptomycin is a lipopeptide with bactericidal activity that acts on the cell membrane of enterococci and is often used off-label to treat patients infected with vancomycin-resistant enterococci. However, the emergence of resistance to daptomycin during therapy threatens its usefulness.

The prevalence of vancomycin-resistant Enterococcus faecium varies across geographical regions yet little is known about its population structure in Latin America. Here, we provide a complete genomic characterization of 55 representative Latin American VR Efm recovered from 1998-2015 in 5 countries. We found that VR Efm population in the region is structured into two main clinical clades without geographical clustering. To place our regional findings in context, we reconstructed the global population structure of VR Efm by including 285 genomes from 36 countries from 1946-2017. Our results differ from previous studies showing an early branching of animal related isolates and a further split of clinical isolates into two sub-clades, all within clade A. The overall phylogenomic structure was highly dependent on recombination (54% of the genome) and the split between clades A and B is estimated to have occurred more than 3585 years BP. Furthermore, while the branching of animal isolates and clinical clades was predicted to have occur ∼894 years BP, our molecular clock calculations suggest that the split within the clinical clade occurred around ∼371 years BP. By including isolates from Latin America, we present novel insights into the population structure of VR Efm and revisit the evolution of this pathogen.

ABSTRACT Daptomycin (DAP) is often used as a first line therapy to treat vancomycin-resistant Enterococcus faecium (VR Efm ) infections but emergence of DAP non-susceptibility threatens the effectiveness of this antibiotic. Moreover, current methods to determine DAP MICs have poor reproducibility and accuracy. In enterococci, DAP resistance is mediated by the LiaFSR cell membrane stress response system and deletion of liaR encoding the response regulator results in hypersusceptibility to DAP and antimicrobial peptides. The main genes regulated by LiaR are a cluster of three genes, designated liaXYZ . In Enterococcus faecalis , LiaX is surface exposed with a C-terminus that functions as a negative regulator of cell membrane remodeling and an N-terminal domain that is released to the extracellular medium where it binds DAP. Thus, in E. faecalis , LiaX functions as a sentinel molecule recognizing DAP and controlling the cell membrane response, but less is known about LiaX in E. faecium . Here, we found that liaX is essential in E. faecium ( Efm ) with an activated LiaFSR system. Unlike E. faecalis , Efm LiaX is not detected in the extracellular milieu and does not appear to alter phospholipid architecture. We further postulated that LiaX could be used as a surrogate marker for cell envelope activation and non-susceptibility to DAP. For this purpose, we developed and optimized a LiaX ELISA. We then assessed 86 clinical E. faecium BSI isolates for DAP MICs and used whole genome sequencing to assess for substitutions in LiaX. All DAP-R clinical strains of E. faecium exhibited elevated LiaX levels. Strikingly, 73% of DAP-S isolates by standard MIC determination had elevated LiaX ELISAs above the established cut-off. Phylogenetic analyses of predicted amino acid substitutions showed 12 different variants of LiaX without a specific association with DAP MIC or LiaX ELISA values. Our findings also suggest that many Efm isolates that test DAP susceptible by standard MIC determination are likely to have an activated cell stress response that may predispose to DAP failure. As LiaX appears to be essential for the cell envelope response to DAP, its detection could prove useful to improve the accuracy of susceptibility testing by anticipating therapeutic failure.

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a priority pathogen listed by the World Health Organization. The global spread of MRSA is characterized by successive waves of epidemic clones that predominate in specific geographical regions. The acquisition of genes encoding resistance to heavy-metals is thought to be a key feature in the divergence and geographical spread of MRSA. Increasing evidence suggests that extreme natural events, such as earthquakes and tsunamis, could release heavy-metals into the environment. However, the impact of environmental exposition to heavy-metals on the divergence and spread of MRSA clones has been insufficiently explored. We assess the association between a major earthquake and tsunami in an industrialized port in southern Chile and MRSA clone divergence in Latin America. We performed a phylogenomic reconstruction of 113 MRSA clinical isolates from seven Latin American healthcare centers, including 25 isolates collected in a geographic area affected by an earthquake and tsunami that led to high levels of heavy-metal environmental contamination. We found a divergence event strongly associated with the presence of a plasmid harboring heavy-metal resistance genes in the isolates obtained in the area where the earthquake and tsunami occurred. Moreover, clinical isolates carrying this plasmid showed increased tolerance to mercury, arsenic, and cadmium. We also observed a physiological burden in the plasmid-carrying isolates in absence of heavy-metals. Our results are the first evidence that suggests that heavy-metal contamination, in the aftermath of an environmental disaster, appears to be a key evolutionary event for the spread and dissemination of MRSA in Latin America.