Abstract Background – Antimicrobial resistance (AMR) poses a colossal threat to global health and incurs high economic costs to society. Economic evaluations of antimicrobials and interventions such as diagnostics and vaccines that affect their consumption rarely include the costs of AMR, resulting in sub-optimal policy recommendations. We estimate the economic cost of AMR per antibiotic consumed, stratified by drug class and national income level. Methods – The model is comprised of three components: correlation coefficients between human antibiotic consumption and subsequent resistance; the economic costs of AMR for five key pathogens; and consumption data for antibiotic classes driving resistance in these organisms. These were used to calculate the economic cost of AMR per antibiotic consumed for different drug classes, using data from Thailand and the United States (US) to represent low/middle and high-income countries. Results – The correlation coefficients between consumption of antibiotics that drive resistance in S. aureus, E. coli, K. pneumoniae, A. baumanii , and P. aeruginosa and resistance rates were 0.37, 0.27, 0.35, 0.45, and 0.52, respectively. The total economic cost of AMR due to resistance in these five pathogens was $0.5 billion and $2.8 billion in Thailand and the US, respectively. The cost of AMR associated with the consumption of one standard unit (SU) of antibiotics ranged from $0.1 for macrolides to $0.7 for quinolones, cephalosporins and broad-spectrum penicillins in the Thai context. In the US context, the cost of AMR per SU of antibiotic consumed ranged from $0.1 for carbapenems to $0.6 for quinolones, cephalosporins and broad spectrum penicillins. Conclusion – The economic costs of AMR per antibiotic consumed were considerable, often exceeding their purchase cost. Differences between Thailand and the US were apparent, corresponding with variation in the overall burden of AMR and relative prevalence of different pathogens. Notwithstanding their limitations, use of these estimates in economic evaluations can make better-informed policy recommendations regarding interventions that affect antimicrobial consumption and those aimed specifically at reducing the burden of AMR.

Klebsiella pneumoniae clonal complex (CC) 258/11, comprising sequence types (STs) 258, 11 and closely related STs, is associated with dissemination of the K. pneumoniae carbapenemase (KPC). Hospital outbreaks of KPC CC258/11 infections have been observed globally and are very difficult to treat. As a consequence there is renewed interest in alternative infection control measures such as vaccines and phage or depolymerase treatments targeting the K pneumoniae polysaccharide capsule. To date, 78 immunologically distinct capsule variants have been described in K. pneumoniae. Previous investigations of ST258 and a small number of closely related strains suggested capsular variation was limited within this clone; only two distinct ST258 capsular synthesis (cps) loci have been identified, both acquired through large-scale recombination events (>50 kbp). Here we report comparative genomic analysis of the broader K. pneumoniae CC258/11. Our data indicate that several large-scale recombination events have shaped the genomes of CC258/11, and that definition of the complex should be broadened to include ST395 (also reported to harbour KPC). We identified 11 different cps loci within CC258/11, suggesting that capsular switching is actually common within the complex. We also observed several insertion sequences (IS) within the cps loci, and show further diversification of two loci through IS activity. These findings suggest the capsular loci of clinically important K. pneumoniae are under diversifying selection, which alters our understanding of the evolution of this important clone and has implications for the design of control measures targeting the capsule.

Abstract The evolution of influenza viruses is fundamentally shaped by within-host processes. However, the within-host evolutionary dynamics of influenza viruses remain incompletely understood, in part because most studies have focused on within-host virus diversity of infections in otherwise healthy adults based on single timepoint data. Here, we analysed the within-host evolution of 82 longitudinally-sampled individuals, mostly young children, infected with A/H3N2 or A/H1N1pdm09 viruses between 2007 and 2009. For A/H1N1pdm09 infections during the 2009 pandemic, nonsynonymous changes were common early in infection but decreased or remained constant throughout infection. For A/H3N2 viruses, early infection was dominated by purifying selection. However, as infections progressed, nonsynonymous variants increased in frequencies even though within-host virus titres decreased, leading to the maintenance of virus diversity via mutation-selection balance. Our findings suggest that this maintenance of genetic diversity in these children combined with their longer duration of infection may provide important opportunities for within-host virus evolution.

ABSTRACT Cefotaxime (CTX) is a commonly used third-generation cephalosporin (3GC) to treat infections caused by Escherichia coli . Two genetic mechanisms have been associated with 3GC resistance in E. coli . The first is the conjugative transfer of a plasmid harboring antibiotic resistance genes. The second is the introduction of mutations in the promoter region of the ampC β-lactamase gene that cause chromosomal-encoded β-lactamase hyperproduction. A wide variety of promoter mutations related to AmpC hyperproduction have been described. However, their link to a specific 3GC such as CTX resistance has not been reported. Here, we measured CTX MICs in 172 cefoxitin resistant E. coli isolates and performed genome-wide analysis of homoplastic mutations associated with CTX resistance by comparing Illumina whole-genome sequencing data of all isolates to a PacBio tailored-made reference chromosome. We mapped the mutations on the reference chromosome and determined their occurrence in the phylogeny, revealing extreme homoplasy at the −42 position of the ampC promoter. The 24 occurrences of a “T” at the −42 position rather than the wild type “C”, resulted from 18 independent C>T mutations in 5 phylogroups. The −42 C>T mutation was only observed in E. coli lacking a plasmid-encoded ampC gene. The association of the −42 C>T mutation with CTX resistance was confirmed to be significant (FDR < 0.05). To conclude, genome-wide analysis of homoplasy in combination with CTX resistance identifies the −42 C>T mutation of the ampC promotor as significantly associated with CTX resistance and underline the role of recurrent mutations in the spread of antibiotics resistance. Impact Statement In the past decades, the worldwide spread of extended spectrum beta-lactamases (ESBLs) has led to a substantial increase in the prevalence of resistant common pathogens, thereby restricting available treatment options. Although acquired resistance genes, e.g. ESBLs, get most attention, chromosome-encoded resistance mechanisms may play an important role as well. In E. coli chromosome-encoded β-lactam resistance can be caused by alterations in the promoter region of the ampC gene. To improve our understanding of how frequently these alterations occur, a comprehensive interpretation of the evolution of these mutations is essential. This study is the first to apply genome-wide homoplasy analysis to better perceive adaptation of the E. coli genome to antibiotics. Thereby, this study grants insights into how chromosomal-encoded antibiotic resistance evolves and, by combining genome-wide association studies with homoplasy analyses, provides potential strategies for future association studies into the causes of antibiotics resistance. Data summary All data is available under BioProject: PRJNA592140. Raw Illumina sequencing data and metadata of all 171 E. coli isolates used in this study is available from the Sequence Read Archive database under accession no. SAMN15052485 to SAMN15052655. Full reference chromosome of ampC_0069 is available via GenBank accession no. CP046396.1 and NCBI Reference Sequence: NZ_CP046396.1.

Abstract Comprehensive insight into the human gut microbiota and the interaction with their environment in communities with a high background of antibiotic use and antibiotic resistance genes is currently largely lacking. In a cohort (Vietnam), individuals within the same household, also individuals within their geographical cluster share more bacterial taxa than individuals from different households or geographical clusters. The microbial diversity among individuals who used antibiotics in the past four months was significantly lower than those who did not. Fecal microbiota of humans was more diverse than non-human samples, shared a small part of its amplicon sequence variants (ASVs) with feces from animals (7.4%), water (2.2%) and food (3.1%). Sharing of ASVs between humans and companion animals was not associated with household. There is a correlation between an Enterobacteriaceae ASV and the presence of blactx-m-2 in feces from humans and animals, hinting towards an exchange of antimicrobial resistant strains between reservoirs.