The use of antimicrobials in the animal industry has increased the prevalence of antimicrobial resistant commensal bacteria in food products derived from animals, which could be associated with antimicrobial resistance in human pathogens. To reduce the influx of antibiotic-resistant bacteria (and genes) to the human microbiota, restrictions on antimicrobials (in food animals) have been implemented in different countries. We investigated the impact of antimicrobial restriction on the frequency of antimicrobial resistant bacteria and genes in pigs. We analyzed the antibiotic susceptibility and resistome of coliforms isolated from animals which were subjected to diets with and without antibiotics during 2 generations. No differences in antimicrobial resistance or antimicrobial resistance genes (richness or abundance) were found when we compared animals fed with and without antibiotics. Fitness costs of antimicrobial resistance in bacteria (in the field) seems to be overestimated.

ABSTRACT Intramammary (IMM) ceftiofur treatment is commonly used in dairy farms to prevent mastitis, though its impact on the cattle gut microbiome and selection of antibiotic-resistant bacteria has not been elucidated. Herein, we enrolled 40 healthy dairy cows after lactation: 20 were treated with IMM ceftiofur (Spectramast®DC) and a non-antibiotic internal teat sealant (bismuth subnitrate) and 20 (controls) received only bismuth subnitrate. Fecal samples were collected before (day −1) and after treatment (weeks 1, 2, 3, 5, 7, and 9) for bacterial quantification and metagenomic next-generation sequencing. Overall, 90% and 24% of the 278 samples had Gram-negative bacteria with resistance to ampicillin and ceftiofur, respectively. Most of the cows treated with ceftiofur did not have an increase in the number of resistant bacteria; however, a subset (25%) shed higher levels of ceftiofur-resistant bacteria for up to 2 weeks post-treatment. At week 5, the antibiotic-treated cows had lower microbiome abundance and richness, whereas a greater abundance of genes encoding extended-spectrum β-lactamases (ESBLs), CfxA, ACI-1, and CMY, was observed at weeks 1, 5 and 9. Moreover, the contig and network analyses detected associations between β-lactam resistance genes and phages, mobile genetic elements, and specific genera. Commensal bacterial populations belonging to Bacteroidetes most often possessed ESBL genes followed by members of Enterobacteriaceae. This study highlights variable, persistent effects of IMM ceftiofur treatment on the gut microbiome and resistome in dairy cattle. Antibiotic-treated cattle had an increased abundance of specific taxa and genes encoding ESBL production that persisted for 9 weeks, while fecal shedding of ESBL-producing Enterobacteriaceae varied across animals. Together, these findings highlight the need for additional studies that identify factors linked to shedding levels and the dissemination and persistence of resistance determinants on dairy farms in different geographic locations.

Abstract Enteric pathogens cause widespread foodborne illness and are increasingly found to harbor antimicrobial resistance. The ecological impact of these pathogens on the human gut microbiome and resistome, however, has yet to be fully elucidated. This study applied shotgun metagenome sequencing to stools from 60 patients (cases) with enteric bacterial infections for comparison to stools collected from the same patients’ post-recovery (follow-ups). Overall, the case samples harbored more antimicrobial resistance genes (ARGs) and had greater resistome diversity than the follow-up samples (p<0.001), while follow-ups had much more diverse microbiomes (p<0.001). Although cases were primarily defined by genera Escherichia, Salmonella , and Shigella along with ARGs for multi-compound and multidrug resistance, follow-ups had a greater abundance of Bacteroidetes and Firmicutes phyla and genes for tetracycline, macrolides, lincosamides, and streptogramins (MLS), and aminoglycoside resistance. A host-tracking analysis revealed that Escherichia was the primary carrier of ARGs in both cases and follow-ups, with a greater abundance occurring during infection. Eleven distinct extended spectrum beta-lactamases (ESBLs) were identified during infection, some of which appear to be lost or transferred to different microbial hosts upon recovery. The increasing incidence of disease caused by foodborne pathogens, coupled with their evolving role in harboring and transferring antimicrobial resistance determinants within communities, justifies further examination of the repercussions of enteric infection on human gut ecology.