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Escherichia coli ST131: a model for high-risk transmission dynamics of antimicrobial resistance

Applicant Poirel Laurent
Number 173686
Funding scheme Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance (JPIAMR)
Research institution Molekular und Mikrobiologie Departement Medizin Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Medical Microbiology
Start/End 01.10.2017 - 30.09.2020
Approved amount 216'586.00
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Keywords (4)

plasmid; clonal dissemination; Escherichia coli; ST131

Lay Summary (German)

Lead
Weltweit tritt sehr häufig ein Stamm von Kolibakterien auf, der gegen mehrere Antibiotikagruppen resistent ist. Wir untersuchen, wie sich diese Erreger Resistenzen aneignen und sich verbreiten.
Lay summary

Die meisten Harnwegsinfekte und Blutvergiftungen werden durch Kolibakterien (Escherichia coli) verursacht. Doch weltweit treten von diesen immer häufiger antibiotikaresistente Stämme auf, vor allem eine als ST131 bezeichnete Art. Wir untersuchen in einem Projekt mit sechs Forschungsgruppen aus fünf Ländern, weshalb ST131 ein solch hohes Infektionspotential besitzt und wie sich der Erreger Resistenzen aneignet. Unser Team klärt dabei die genetischen Prozesse auf, mittels derer Kolibakterien bestimmte Gene von anderen Bakterien in ihr eigenes Erbgut einbauen und so ihre Resistenzen ausweiten. Bereits in früheren Studien haben wir ein genetisches Element (ISEcp1) identifiziert, das hierbei eine wichtige Rolle spielt. Nun analysieren wir in vitro die Mechanismen, die für die beobachteten Prozesse verantwortlich sind.

Hintergrund
In einigen Weltregionen wirken bei mehr als der Hälfte aller Infektionen mit Kolibakterien die entsprechenden Standardantibiotika (Fluorchinolone) nicht mehr. Es sind dringend Massnahmen nötig, um die Ausbreitung resistenter Kolibaktieren einzudämmen.

Ziel
Wir wollen verstehen, mit welchen Mechanismen sich Kolibakterien Gene von anderen Bakterien in ihr Erbgut einbauen und so Resistenzen entwickeln. Zudem klären wir den Einfluss verschiedener Faktoren auf diesen Prozess, darunter unterschiedliche Temperaturen, Eisenkonzentrationen oder geringe Antibiotikakonzentrationen.

Bedeutung
Unsere Erkenntnisse werden helfen, die Entstehung und Ausbreitung einzelner resistenter Bakterienstämme besser zu verstehen und vorauszusagen. Damit liefern sie auch Grundlagen für Gegenmassnahmen.

Direct link to Lay Summary Last update: 13.02.2018

Lay Summary (French)

Lead
Une souche de bactérie Escherichia coli résistante à de nombreuses familles d’antibiotiques est de plus en plus répandue à travers le monde. Nous nous intéressons à sa propagation ainsi qu’au développement de cette résistance.
Lay summary

Les bactéries E. coli sont à l’origine de la plupart des infections des voies urinaires et des septicémies. Or, des souches résistantes aux antibiotiques se propagent à travers le monde, en particulier celle connue sous le nom ST131. Dans le cadre de notre projet, rassemblant six groupes de recherche de cinq pays, nous voulons comprendre pourquoi la ST131 possède un tel potentiel infectieux et comment elle acquiert sa résistance. Notre équipe analyse les processus génétiques permettant à ces bacilles d’intègrer des gènes provenant d’autres bactéries dans leur propre ADN, contribuant ainsi à l’extension de leur résistance. Nous avions déjà identifié un élément génétique (ISEcp1) jouant un rôle important dans ce processus. Nous analysons maintenant in-vitro des mécanismes responsables des processus observés.

Contexte
Dans certaines régions du monde, les antibiotiques standards (ß-lactamines, fluoroquinolones) habituellement utilisés pour traiter les infections aux colibacilles ne font plus aucun effet dans plus de la moitié des cas. Il est donc urgent d’agir pour stopper la propagation de colibacilles résistants.

Objectif
Nous cherchons à comprendre les mécanismes permettant aux colibacilles d’intégrer les gènes d’autres bactéries dans leur ADN et d’ainsi développer des résistances. Nous analysons également l’influence de multiples facteurs sur ce processus, notamment les variations de température, les concentrations en fer ou les faibles concentrations d’antibiotiques.

Importance
Les connaissances ainsi acquises permettront de mieux comprendre et d’anticiper la formation et la propagation de différentes souches de bactéries résistantes, offrant ainsi les bases nécessaires au développement de mesures de prévention et de traitement.

Direct link to Lay Summary Last update: 13.02.2018

Lay Summary (English)

Lead
There is a type of Escherichia coli bacteria occurring frequently around the world that is resistant to multiple groups of antibiotics. We are investigating how this pathogen acquire and transmit resistance.
Lay summary

Most urinary tract infections and cases of blood poisoning are caused by E. coli bacteria. Strains resistant to multiple antibiotics are occurring increasingly worldwide, especially one type named ST131. In a project comprising six research groups from five countries, we are investigating why the infectious potential of ST131 is so high, and how it acquires resistance. Our team explores the genetic processes by which E. coli integrates specific genes from other bacteria into its own genome thereby expanding its resistance. In earlier studies we have already identified a genetic element (ISEcp1) that plays an important role in this transfer. We are now analysing the mechanisms that are responsible for the observed processes in vitro.

Background
In some regions of the world, more than half of all E. coli bacterial infections can no longer be fought using the usual standard antibiotics (e.g. fluoroquinolone or cephalosporins). Measures are urgently needed to prevent and contain the spread of resistant coli bacteria.

Aim
We are seeking to understand the mechanisms by which E. coli integrates genes from other bacteria into its genome, thus expanding its resistance. In addition, we will clarify the influence of a range of factors on this process, including various temperatures, iron concentrations and low antibiotic concentrations.

Relevance
Our findings will contribute to a better understanding and prediction of how resistant bacteria are selected and spread. As a result, it will pave the way for appropriate countermeasures.

Direct link to Lay Summary Last update: 13.02.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

This project will connect a large number of transnational academic resources to investigate the transmission success of Escherichia coli ST131 clone. E. coli is the most common cause of urinary tract and bloodstream infections worldwide. A recent WHO report states that resistance to one of the most widely used antibiotics (fluoroquinolones [FQs]) is very widespread. In many parts of the world, FQs are now ineffective in more than half of patients. A single E. coli clone, ST131, is predominantly responsible for this global FQ-R and cephalosporin-R pandemic causing millions of antibiotic-resistant infections annually. It remains unclear which features of ST131 had resulted in the biggest antimicrobial resistance succes of the 2000s. We propose a combined European-Canadian consortium that will investigate the transmission dynamics of ST131. This study will explore the vertical and horizontal transmission of resistance and virulence genes and how they contributed to the transmission success of ST131 among humans, animals and different environments. The broad goal is to improve human health by better understanding managing infections due to multidrug resistant E. coli. The study will explore explanations for the high transmission rates and success of ST131. A famous quote from Stephen Hawking; “Intelligence is the ability to adapt to change”. ST131 adapted rapidly to environmental changes; we need to know why and how. This project will serve as a model to predict what can possibly happen in the future with the continuing emergence of multidrug resistant clones among bacteria.
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