Characterization of Extended-Spectrum β-Lactamase-Producing and AmpC β-Lactamase-Producing Enterobacterales Isolated from Companion Animals in South Korea

Abstract

The emergence of extended-spectrum cephalosporin (ESC)-resistant Enterobacterales is of great concern in both human and veterinary medicine. The aim of this study was to compare ESC-resistant Enterobacterales isolated from companion animals in South Korea between 2017-2019. Isolates with ESC resistance genes, which were identified by PCR, were assessed for genetic relatedness by multi-locus sequence typing (MLST) and pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). A total of 91 ESC-resistant Enterobacterales (Escherichia coli, Klebsiella spp., Serratia spp. and Enterobacter cloacae) harbored the blaTEM gene. Among other ESC resistance genes, CTX-M-15, CITM, and CTX-M-55 were predominantly detected in E. coli isolates, whereas blaSHV and DHAM were more frequently detected in K. pneumoniae isolates. In addition, all of the EBCM-positive isolates were classified as E. cloacae. From the MLST results, CTX-M-9-carrying ST131, CITM-carrying ST405, and CTX-M-1-carrying ST3285 strains were dominant in E. coli isolates. ST273 and ST275 strains harboring blaSHV were frequently detected in K. pneumoniae isolates. Various sequence types were obtained in E. cloacae and K. oxytoca isolates. All isolates demonstrated unique PFGE profiles (< 57~98% similarity) and were unlikely to be derived from a single clone. The present study indicates the presence and wide genetic distribution of ESC-resistant Enterobacterales in South Korean companion animals.

Extended-spectrum β-lactamases (ESBLs)와 AmpC β-lactamases (AmpCs)를 부호화하는 extended-spectrum cephalosporins (ESCs) 내성 장내세균총의 출현은 의학 및 수의학 분야에서 큰 문제가 되고 있다. 이번 연구의 목표는 국내 반려동물에서 분리한 Escherichia coli, Klebsiella spp., Enterobacter cloacae 그리고 Serratia spp.를 포함하는 ESCs 내성 장내세균총의 분자학적 특성을 규명하는 것이다. PCR 증폭실험에 의해서 암호화된 ESCs 내성 유전자를 확인하였고 MLST 와 PFGE를 이용해서 유전적 다양성을 분석하였다. 2017년부터 2019년 까지 총 91개의 장내세균이 반려동물에서 분리되었고 모든 분리주는 blaTEM에 양성이었다. 다른 ESCs 내성 유전자 중, CTX-M-15, CITM 그리고 CTX-M-55가 E. coli 에서, blaSHV 그리고 DHAM이 K. pneumoniae에서 보편적인 유형이었다. 또한 EBCM을 포함하는 균주는 모두 E. cloacae였다. MLST 분석결과, K. oxytoca와 E. cloacae에서 주요 sequence type (ST)이 발견되지 않았지만 E. coli에서는 CTX-M-9를 동반하는 ST131, CITM을 동반하는 ST405 그리고 CTX-M-1을 동반하는 ST3285이 보편적이었고 K. pneumoniae에서는 blaSHV를 동반하는 ST273과 ST275가 많은 비중을 차지했다. 분리된 모든 균주에서 57~90% 유사성을 가지는 다양한 PFGE결과를 보였으며 클론이 아닌 서로 다른 균주임을 확인하였다. 본 연구를 통해 국내 반려동물로부터 분리한 ESCs 내성 장내세균총이 광범위한 유전적 분포를 포함하고 있는 것을 확인하였다.