Genomic profiling of extended-spectrum-β-lactamase producing Enterobacteriaceae

Media type: E-Book; Thesis

Title: Genomic profiling of extended-spectrum-β-lactamase producing Enterobacteriaceae

Contributor: Neffe, Lisa [Author]; Steinert, Michael [Degree supervisor]; Häussler, Susanne [Degree supervisor]

Corporation: Technische Universität Braunschweig

Published: Braunschweig: Technische Universität Braunschweig, 2021

Extent: 1 Online-Ressource (PDF-Datei: 6 MB)

Language: English

DOI: 10.24355/dbbs.084-202108270911-0

Identifier:

Keywords: Hochschulschrift

Origination:

University thesis: Dissertation, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 2021

Footnote: Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprache

Description: International public health systems are threatened by increasing numbers of infections caused by multidrug-resistant bacteria. Particularly, rising numbers of extended-spectrum-?-lactamase (ESBL) producing bacteria have been reported over the last years from Enterobacteriaceae in German hospitals. The first aim of this thesis was to characterize the population structure and patient-to-patients transmission dynamics of ESBL-producing Enterobacteriaceae in a hospital setting. The second aim was to reconstruct the plasmidome of clinical ESBL producing Escherichia coli (ESBL-Ec) isolates. I applied 2nd and 3rd generation whole genome sequencing (WGS) techniques, to clinical isolates that were collected over one year in a non-outbreak situation from a large community hospital. Epidemiological and high resolution phylogeny data was used to describe clonal structures among the isolates. In the clinical ESBL-Ec population high rates of sequence type (ST) ST1193 and the ST131 sub-lineage C1 were found. The ESBL-Klebsiella pneumoniae population showed a high clonal diversity and high prevalence of a previously undescribed ST (ST1626), likely indicating an endemic situation. My results emphasize that patient-to-patient transmissions of ESBL-producing isolates in hospitals occur at low rates. The data indicates that some of the infections that are classified as nosocomial, might be due to isolates that are actually imported into the hospital by the patients. Furthermore, I showed that by combining 2nd and 3rd generation sequencing techniques the plasmidome of clinical ESBL-Ec isolates can be reconstructed to a large extend. The plasmidome was characterized by high genetic diversity of plasmids and remarkably abundant small cryptic plasmids. My findings show that antimicrobial resistance conferring genes are mostly located on larger plasmids with similar structure and of known replicon type but can also be present on plasmids of undetermined replicon type, which could function as unrecognized resistance gene vectors. A high intra- and extracellular mobility potential of resistance genes was determined based on nested mobile genetic element structures on plasmids. The results will help to improve surveillance of transmissions as well as horizontal resistance spread in the hospital setting. ; Internationale Gesundheitssysteme werden zunehmend von Infektionen mit multiresistenten Bakterien bedroht. In den letzten Jahren wurden steigenden Zahlen an Enterobacteriaceae mit erweiterter ?-Lactamase (ESBL)-Produktion aus deutschen Krankenhäusern berichtet. Das erste Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung der Populationsstruktur und der direkten Übertragungsdynamiken von ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae im Krankenhaus. Das zweite Ziel war es, das Plasmidom von klinischen ESBL-produzierenden Escherichia coli Isolaten (ESBL-Ec) zu rekonstruieren. Klinische Isolate, die über ein Jahr in einem Gemeinschaftskrankenhaus ohne bekanntes Ausbruchsgeschehen gesammelt wurden, wurden mit Whole Genome Sequencing (WGS) Methoden, der 2. und 3. Generation sequenziert. Epidemiologische Daten und eine auf WGS Daten basierende Phylogenie wurden verwendet, um klonale Strukturen unter den Isolaten zu charakterisieren. Es wurden hohe Prävalenzen des ESBL-Ec Sequenztyps (ST) ST1193 und der ST131 C1 Unterlinie festgestellt. Die ESBL-Klebsiella pneumoniae Population war von hoher Diversität und einer hohen Prävalenz eines bisher unbeschriebenen ST (ST1626) gekennzeichnet. Dies könnte auf eine endemische Situation hinweisen. Die Daten deuten darauf hin, dass einige der Infektionen, die als nosokomial klassifiziert wurden, auf Isolate zurückzuführen sind, die von den Patitienten mitgebracht werden. Außerdem wurden direkte Übertragungen selten nachgewiesen. Darüber hinaus wurde, durch die Kombination von Sequenzierungstechniken der 2. und 3. Generation, das Plasmidom von klinischen ESBL-Ec-Isolaten weitgehend rekonstruiert. Das Plasmidom war durch eine hohe genetische Diversität und viele kleine kryptische Plasmide gekennzeichnet. Gene, die antimikobielle Resistenz vermitteln, waren meist auf größeren Plasmiden mit ählicher Struktur und bekanntem Replikon-Typ lokalisiert, aber auch auf Plasmiden mit unbekanntem Replikon-Typ, wobei letztere als unerkannte Resistenzgen-Vektoren fungieren könnten. Es wurde ein hohes intra- und extrazelluläres Mobilitätspotenzial von Resistenzgenen festgestellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können dazu beitragen, die horizontale AMR-Ausbreitung sowie Krankenhausansteckungen besser zu verstehen.

Access State: Open Access

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