Comparative genomic analyses of β-lactamase (bla_CMY-42)-encoding plasmids isolated from wastewater treatment plants in Canada

Wastewater treatment plants (WWTPs) are useful environments for investigating the occurrence, diversity, and evolution of plasmids encoding clinically relevant antibiotic resistance genes (ARGs). Our objective was to isolate and sequence plasmids encoding meropenem resistance from bacterial hosts within Canadian WWTPs. We used two enrichment culture approaches for primary plasmid isolation, followed by screening for antibiotic resistance, conjugative mobility, and stability in enteric bacteria. Isolated plasmids were sequenced using Illumina MiSeq and Sanger sequencing methods. Bioinformatics analyses resolved a multi-resistance IncF/MOB_F12 plasmid, pFEMG (209 357 bp), harbouring resistance genes to β-lactam (bla_CMY-42, bla_TEM-1β, and bla_NDM-5), macrolide (mphA-mrx-mphR), tetracycline (tetR-tetB-tetC-tetD), trimethoprim (dfrA12), aminoglycoside (aadA2), and sulfonamide (sul1) antibiotic classes. We also isolated an IncI1/MOB_P12 plasmid pPIMR (172 280 bp) carrying similar β-lactamase and a small multi-drug efflux resistance gene cluster (bla_CMY-42-blc-sugE) to pFEMG. The co-occurrence of different ARGs within a single 24 552 bp cluster in pFEMG — interspersed with transposons, insertion sequence elements, and a class 1 integron — may be of significant interest to human and veterinary medicine. Additionally, the presence of conjugative and plasmid maintenance genes in the studied plasmids corresponded to observed high conjugative transfer frequencies and stable maintenance. Extensive investigation is required to further understand the fitness trade-offs of plasmids with different types of conjugative transfer and maintenance modules.

Les usines de traitement des eaux usées constituent des environnements utiles pour étudier la présence, la diversité et l’évolution des plasmides codant des gènes de résistance aux antibiotiques pertinents d’un point de vue clinique. L’objectif des auteurs consistait à isoler et à séquencer les plasmides codant la résistance au méropénem à partir d’hôtes bactériens dans des usines de traitement des eaux usées au Canada. Ils ont utilisé deux approches d’enrichissement des cultures pour l’isolement des plasmides principaux, suivi d’un dépistage de la résistance aux antibiotiques, de la mobilité conjugative et de la stabilité dans les bactéries entériques. Les plasmides isolés ont été séquencés par les méthodes de séquençage Illumina MiSeq et Sanger. Les analyses bio-informatiques ont permis de résoudre un plasmide de résistance multiple IncF/MOB_F12, pFEMG (209 357 pb), comportant des gènes de résistance aux β-lactames (bla_CMY-42, bla_TEM-1β, et bla_NDM-5), aux macrolides (mphA-mrx-mphR), à la tétracycline (tetR-tetB-tetC-tetD), au triméthoprime (dfrA12), aux aminoglycosides (aadA2) et aux sulfonamides (sul1). Ils ont aussi isolé un plasmide IncI1/MOB_P12, pPIMR (172 280 pb), portant une β-lactamase et un petit groupe de gènes de résistance multiples par efflux (bla_CMY-42-blc-sugE) similaire à pFEMG. La cooccurrence de différents gènes de résistance aux antibiotiques au sein d’une seule grappe de 24 552 pb dans pFEMG — entrecoupé de transposons, d’éléments de séquence d’insertion et d’un intégron de classe 1 — peut présenter un intérêt significatif en médecine humaine et vétérinaire. De plus, la présence de gènes de conjugaison et de maintenance de plasmides dans les plasmides étudiés correspond aux fréquences de transfert conjugatif élevées et à la maintenance stable observées. Des recherches approfondies sont nécessaires pour mieux comprendre les compromis de valeur sélective des plasmides ayant différents types de modules de transfert conjugatif et de maintenance. [Traduit par la Rédaction]