A Whole-Genome sequencing-based study of the emergent multidrug-resistant Salmonella enterica subspecies enterica serovar Infantis clones in German broiler farms

Salmonella enterica subspecies enterica serovar Infantis (S. Infantis) nimmt die vierte Position in der Rangliste der am häufigsten gemeldeten Salmonella-Serovare in Europa ein. Während des letzten Jahrzehnts hat das Auftreten einer multiresistenten Salmonella enterica subspecies enterica serovar Infantis (S. Infantis)-Population rapide zugenommen und ist in der europäischen und außereuropäischen Broilerproduktion weit verbreitet. Die Studie zielte darauf ab, i) eine bioinformatische Pipeline für die in silico-Serotypisierung von Salmonellen zu implementieren und deren Leistungsfähigkeit zu bewerten, und ii) die genetischen Determinanten für das in der deutschen Broilerproduktion während des letzten Jahrzehnts beobachtete vermehrte Auftreten von S. Infantis zu identifizieren. Zunächst wurde eine Bioinformatik-Pipeline (WGSBAC) und drei bioinformatische Tools (SISTR, SeqSero und SeqSero2) zur Genoserotypisierung von 43 Salmonella spp.-Stämmen von 26 verschiedenen Serovaren durchgeführt. Zweitens führten wir die Genomsequenzierung von 30 S. Infantis Broiler-Isolaten durch, die in zwei unterschiedlichen Jahrzehnten (den 1990er und den 2010er Jahren) gesammelt wurden. Wir setzen die WGSBAC-Pipeline und externe Bioinformatik-Software ein, um i) die Qualität der sequenzierten Reads zu bewerten und zu kontrollieren, ii) Assemblierungen und Qualitätskontrollen von und iii) Annotation, Typisierung durch klassischen MLST, cgMLST, Genoserotypisierung, phylogenetische Rekonstruktion mittels Einzelnukleotidänderungen (SNPs) und in-silico-Phänotyp-Vorhersage, einschließlich antimikrobieller Resistenzgene (AMR), Virulenzgene und Plasmid-Replikons zu erkennen. Die Bioinformatik-Pipeline WGSBAC ist geeignet, das antigene Profil der meisten der in der Studie verwendeten Salmonella-Stämme zu bestimmen. Das Tool SISTR zeigte dabei die höchste Übereinstimmung (79,1 %), gefolgt von SeqSero2 (72,1 %) und SeqSero (60,5 %). Die Untersuchung der S. Infantis-Stämme ergab, dass im Gegensatz zu den Isolaten aus den 1990er Jahren, die Mehrheit der Stämme aus den 2010er Jahren das Vorhandensein eines Megaplasmids zeigte, das homolog zu dem pESI-Plasmid aus Israel und anderen pESIähnlichen Plasmiden aus europäischen Isolaten ist. Das deutsche pESI-ähnliche Plasmid kodierte für ein Muster von multiresistenten Genen (MDR), ein Muster von Virulenzgenen und mehrere Fitness-assoziierte Determinanten, welches wir 'ESIr' nannten. Dieses korrelierte mit mindestens drei antimikrobiellen Familien: ant(3')-Ia (Aminoglykoside), sul1 (Sulfonamide) und tet(A) (Tetracycline). Der Genotyp korreliert hier vollständig mit dem antimikrobiellen Phänotyp. Außerdem bezeichneten wir das Virulenzmuster als 'ESIv', welches Gene für Fimbrien-Cluster, Yersiniabactin-Siderophore, Quecksilberresistenz und Antitoxin/Antitoxin- Systeme mit einschließt. Die Genotypisierungsanalyse ergab das Vorhandensein eines neuen Sequenztyps (ST2283) bei der Mehrzahl der Stämme aus den 2010er Jahren und ST32 und ST1032 bei den Stämmen aus den 1990er Jahren. Anhand eines auf Gesamtgenomsequenzierung-basierten Ansatzes zeigte diese Studie, dass MDR S. Infantis ST2283 Stämme, die ein pESI-ähnliches Plasmid tragen, während des letzten Jahrzehnts entstanden sind und derzeit in der deutschen Geflügelproduktionskette zirkulieren. Der Erwerb eines Megaplasmids, das für Resistenzen, Virulenz-assoziierte Determinanten und Fitnessmechanismen kodiert, könnte dieses schnelle und besorgniserregende epidemiologische Ereignis erklären. Dieses Ereignis stellt eine Gefahr für die öffentliche Gesundheit dar. Daher sind Kontrollmaßnahmen und die Unterstützung epidemiologischer Studien erforderlich, um den Eintritt, die Übertragung und die weitere Verbreitung dieser klonalen Population in der Lebensmittelkette zu verhindern.