The use of antimicrobial agents for additives or therapeutics is strongly associated with a prevalence of antimicrobial resistance in commensal Enterobacteriaceae. We aimed to characterize integrons in Enterobacteriaceae isolates obtained from chicken cecums in Korea. Moreover, the correlation between integron gene cassettes and antimicrobial resistance was also investigated. A total of 90 isolates the belonged to Enterobacteriaceae were recovered from chickens grown at Gyeongsang and Chungcheong provinces in Korea. Antimicrobial susceptibility tests were performed by the disk diffusion method. PCR and DNA sequencing were also performed to characterize the gene cassette arrays of the integrons. Of the 90 Enterobacteriaceae isolates tested, 39 (43.3%) and 10 (11.1%) isolates carried class 1 and 2 integrons, respectively. Whereas the class 2 integron did not contain gene cassettes, the class 1 integrons carried seven different gene cassette arrays. The class 1 integrons harbored genes encoding resistant determinants to aminoglycosides (aadA1, aadA2, and aadA5), trimethoprim (dfrA1, dfrA12, dfrA17, and dfrA32), lincosamides (linF), and erythromycin (ereA). Moreover, the presence of a class 1 integron was significantly related to a high resistance rate of antimicrobial agents, such as spectinomycin and trimethoprim. We confirmed that diverse class 1 integrons were widely distributed in Enterobacteriaceae isolates from chickens and directly contributed to the resistance to diverse antimicrobial agents in Korea.
Pseudomonas aeruginosa is an aerobic, Gram-negative, glucose-nonfermenting bacterium, which has emerged as a serious opportunistic pathogen. Recently, outbreaks of carbapenem resistant P. aeruginosa give rise to significant therapeutic challenges for treating nosocomial infections. The genes of metallo-${\beta}$-lactamase (MBL), a powerful carbapenemase, are carried as a part of the mobile gene cassettes inserted into integrons playing an important role in rapid dissemination of antibiotic resistance genes among bacterial isolates. In this study, we investigated the prevalence of integron in imipenem resistant P. aeruginosa isolates. A total of 61 consecutive, non-duplicate, and imipenem resistant P. aeruginosa strains were isolated from a university hospital in the Chungcheong province of Korea. We employed repetitive extragenic palindromic sequence-based PCR (rep-PCR) method for the selection of clonally different P. aerusinosa strains. PCR and DNA sequencing were conducted for the detection of integrons. Twenty-one clonally different P. aeruginosa strains were isolated. Only one (P28) of the strains harbored $bla_{VIM-2}$ that was found as gene cassettes in class 1 integrons. Four of 21 carbapenem resistant P. aeruginosa strains harbored class 1 integron containing aminoglycoside resistance determinant. All of the integrons detected in the study contained more than one resistance gene cassette, which can mediate resistance to multiple antibiotics. To prevent further spreading of the multi-drug resistant P. aeruginosa, conseguent monitoring and clinical polices are required.
Bacterial black spot disease of prune fruit (Prunus salicina cv. formosa) has outbroke around major prune production area, Gimcheon, Euiseong and Gunwi in Gyungbuk province and has caused severe economic loss. Integrons PCR primer was designed along with sample pre-incubation and nested PCR method to enhance detection sensitivity for early detection of bacteria in fields. Designed integrons PCR primer successfully detected Xanthomonas arboricola pv. pruni from field collected samples, fruit, leaf, branch and even in raindrop collected from prune orchard. Pre-incubation along with nested PCR enhanced sensitivity to detect X. arboricola pv. pruni from seemingly healthy looking, symptomless branches. Designed integrons PCR can be used in prune nursery fields and in plant quarantine practice for the detection of X. arboricola pv. pruni.
Forty-seven Salmonella Typhimurium (33 zoonotic, 14 clinical) strains were tested for antimicrobial resistance using the standard disk diffusion method. The presence of relevant resistance genes and class 1 integrons were investigated by using PCR. Pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and plasmid profiling were carried out to determine the genomic diversity of Salmonella Typhimurium. Approximately 57.4% of the S. Typhimurium strains were multidrug resistant (MDR) and showed high resistance rates to tetracycline (70.2%), sulfonamides (57.4%), streptomycin (53.1%), ampicillin (29.7%), nalidixic acid (27.6%), kanamycin (23.4%), chloramphenicol (21.2%), and trimethoprim (19.1%). Resistance towards cephalosporins was noted for cephalothin (27.6%), cephradine (21.2%), amoxicillin clavulanic acid (17.0%), and cephalexin (17.0%). Resistance genes, $bla_{TEM}$, strA, aadA, sul1, sul2, tetA, tetB, and tetC, were detected among the drug-resistant strains. Thirtythree strains (70.2%) carried class 1 integrons, which were grouped in 9 different profiles. DNA sequencing identified sat, aadA, pse-1, and dfrA genes in variable regions on class 1 integrons. Thirty-five strains (74.4%) were subtyped to 22 different plasmid profiles, each with 1-6 plasmids (2.0 to 95 kb). PFGE subtyped the 47 strains into 39 profiles. In conclusion, high rates of multidrug resistance were found among the Malaysian Salmonella Typhimurium strains. The emergence of multidrug-resistant Salmonella Typhimurium to cephalosporin antibiotics was also observed. The strains were very diverse and no persistent clone was observed. The emergence of MDR Salmonella Typhimurium is a worldwide problem, and this report provides information for the better understanding of the prevalence and epidemiology of MDR S. Typhimurium in Malaysia.
Antimicrobial agents or additives have commonly been used in domestic animals for the prevention and treatment of bacterial diseases. Unfortunately, this has resulted in the overgrowth of bacteria that is resistant to antimicrobial agents used by humans, and these might get disseminated to humans via the food. In this study, we investigated the prevalence of integrons, and characterized gene cassette arrays in Proteus mirabilis isolates obtained from chickens in Chungcheong province of Korea. Additionally, the correlation between gene cassette arrays and antimicrobial resistance rate was studied. A total of 26 Proteus mirabilis isolates were recovered from chickens in Chungcheong province in Korea. Antimicrobial susceptibility was determined by disk diffusion method. PCR and DNA sequencing were performed to characterize the gene cassette arrays. In addition, we employed repetitive extragenic palindromic sequence-based PCR (REP-PCR) method for clonality analysis of P. mirabilis strains. Of the 26 P. mirabilis isolates tested, 14 (53.8%) isolates carried class 1 integrons, while class 2 and class 3 integrons were not detected in our study. The class 1 integrons harbored genes encoding resistance to aminoglycosides (aacCA5, aadA2, aadA5 and aadA7), trimethoprim (dfrA17, and dfrA32), lincosamides (linF) and erythromycin (ereA). In particular, the presence of class 1 integron had a significant correlatation to a high resistance rate of aminoglycoside and trimethoprim. We confirmed that class 1 integrons are widely disseminated in P. mirabilis isolates from chickens, contributing to the resistance to diverse antimicrobial agents in Korea. To prevent further spreading of antimicrobial resistant genes among P. mirabilis isolates, constant monitoring and clinical policing will become necessary.
Recently, antimicrobial resistance of pathogenic bacteria has been increasing due to excessive use of antimicrobial agents in both humans and livestock. PCR amplification and nucleotide sequence analyses were conducted to investigate16S ribosomal RNA methyltransferase (RMTase) genes and integrons in P. mirabilis strains isolated from clinical specimens and chickens in an area of the Chungcheong providence. In addition, clonality analysis of P. mirabilis strains was performed using a repetitive extragenic palindromic sequence-based PCR (REP-PCR) method. Of the total 38 P. mirabilis isolates, 7 (18.4%) strains were isolated from clinical specimens contained in the RMTase genes and showed resistance to amikacin, tobramycin, and gentamicin. A total of 23 (60.5%) isolates carried class 1 integrons, but no isolates in our study harbored class 2 and class 3 integrons. Class 1 integrons detected in our study harbored genes encoding resistance to aminoglycosides (aadA2, aadA5, aadA7, and aacCA5), ${\beta}$-lactams ($bla_{PSE}$), erythromycin (ereA), lincosamides (linF), and trimethoprim (dfrA12, dfrA17, and dfrA32). We confirmed that the RMTase genes had spread among only the P. mirabilis isolates from clinical specimens, but class 1 integrons had widely disseminated among P. mirabilis isolates from clinical specimens and chickens. In addition, identical REP-PCR banding patterns were evidenced in only P. mirabilis isolates from chickens. Our results suggest the horizontal spreading of P. mirabilis isolates in the chicken farm. To prevent further spreading of antimicrobial resistant genes among P. mirabilis isolates, monitoring and clinical policing will be required.
This study was conducted to investigate the antimicrobial resistance, presence of ${\beta}$-lactamase genes and integrons in 83 ESBL-producing Escherichia coli isolated from Nakdong river and Geumho river in Daegu. Among the ${\beta}$-lactam antimicrobials, all isolates were resistant to ampicillin, cephalothin, cefamandole and cefotaxime, followed by piperacillin (98.8%), ampicillin/sulbactam (86.7%), aztreonam (60.2%) and cefepime (59.0%), whereas resistance to piperacillin/tazobacram, ticarcillin/clavulanic acid and cefoxitin was less than 30%. Many of the ESBL-producing Escherichia coli were also resistant to non-${\beta}$-lactams antimicrobials such as nalidixic acid (83.1%), sulfonamides (72.3%), ciprofloxacin (62.7%) and gentamicin (38.6%). All isolates showed resistance to seven or more antimicrobial agents. The most frequently detected gene was $bla_{TEM+CTX-M}$ (49.4%), followed by $bla_{CTX-M}$ (27.7%), $bla_{TEM}$ (6.0%) and $bla_{OXA}$ (1.2%). But $bla_{SHV}$ was not found. Class 1 integrons were found in 61.4% (51 isolates) of isolates, however, class 2 and 3 integrons were not detected. The results showed water from Nakdong river and Geumho river is contaminated with ESBL-producing E. coli isolates. These results suggest the need for further investigation of antibiotic resistant bacteria to prevent public health impacts in the water environment.
Vibrio parahaemolyticus causes food poisoning, mainly via marine fisheries products. We investigated the virulence factors and drug resistance of V. parahaemolyticus isolated from fisheries products purchased from the Yeosu Fisheries Market. The isolates were identified using a variety of biochemical tests and the detection of toxR and hns gene. The presence of the virulence factor-encoding genes tdh and trh in the isolates was also investigated by PCR. The resistance of the isolates to 13 antibacterial agents was tested using the disc-diffusion method and carriage of β-lactamase genes and class 1 integrons by ampicillin-resistant isolates was investigated by PCR. Four of seventeen isolates identified as V. parahaemolyticus by biochemical tests produced a species-specific PCR band. Those isolates showed >98% 16S rRNA gene sequence homology with V. parahaemolyticus and only one isolate harbored the tdh gene. All of the V. parahaemolyticus isolates were resistant to ampicillin and amoxicillin; moreover, VPA0477, a class A β-lactamase gene, and class 1 integrons were detected. Therefore, V. parahaemolyticus from fisheries products represents a low risk to human health. Also, V. parahaemolyticus is likely to develop multidrug resistance because it has class 1 integrons.
Pseudomonas strains isolated from the heavily contaminated Lubin copper mine and Zelazny Most post-flotation waste reservoir in Poland were screened for the presence of integrons. This analysis revealed that two strains carried homologous DNA regions composed of a gene encoding a DNA_BRE_C domain-containing tyrosine recombinase (with no significant sequence similarity to other integrases of integrons) plus a three-component array of putative integron gene cassettes. The predicted gene cassettes encode three putative polypeptides with homology to (i) transmembrane proteins, (ii) GCN5 family acetyltransferases, and (iii) hypothetical proteins of unknown function (homologous proteins are encoded by the gene cassettes of several class 1 integrons). Comparative sequence analyses identified three structural variants of these novel integron-like elements within the sequenced bacterial genomes. Analysis of their distribution revealed that they are found exclusively in strains of the genus Pseudomonas.
Shin, Hae Won;Lim, Jinsook;Kim, Semi;Kim, Jimyung;Kwon, Gye Cheol;Koo, Sun Hoe
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.1
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pp.137-142
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2015
Trimethoprim-sulfamethoxazole (TMP-SMX) has been used for the treatment of urinary tract infections, but increasing resistance to TMP-SMX has been reported. In this study, we analyzed TMP-SMX resistance genes and their relatedness with integrons and insertion sequence common regions (ISCRs) in uropathogenic gram-negative bacilli. Consecutive nonduplicate TMP-SMX nonsusceptible clinical isolates of E. coli, K. pneumoniae, Acinetobacter spp., and P. aeruginosa were collected from urine. The minimal inhibitory concentration was determined by Etest. TMP-SMX resistance genes (sul and dfr), integrons, and ISCRs were analyzed by PCR and sequencing. A total of 45 E. coli (37.8%), 15 K. pneumoniae (18.5%), 12 Acinetobacter spp. (70.6%), and 9 Pseudomonas aeruginosa (30.0%) isolates were found to be resistant to TMP-SMX. Their MICs were all over 640. In E. coli and K. pneumoniae, sul1 and dfr genes were highly prevalent in relation with integron1. The sul3 gene was detected in E. coli. However, in P. aeruginosa and Acinetobacter spp., only sul1 was prevalent in relation with class 1 integron; however, dfr was not detected and sul2 was less prevalent than in Enterobacteriaceae. ISCR1 and/or ISCR2 were detected in E. coli, K. pneumoniae, and Acinetobacter spp. but the relatedness with TMP-SMX resistance genes was not prominent. ISCR14 was detected in six isolates of E. coli. In conclusion, resistance mechanisms for TMP-SMX were different between Enterobacteriaceae and glucose non-fermenting gram-negative bacilli. Class 1 integron was widely disseminated in uropathogenic gram-negative baciili, so the adoption of prudent use of antimicrobial agents and the establishment of a surveillance system are needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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