Staphylococcus aureus is a major opportunistic pathogen causing a wide range of infections in humans and animals. Methicillin-resistant S. aureus (MRSA) has traditionally been regarded as a strictly human problem, initially confined to the healthcare settings and later a matter of concern in the general community too. All this changed in 2005 with the isolation of a specific MRSA clone, assigned to Clonal Complex (CC)398, from pigs and pig farmers in the Netherlands. These findings triggered worldwide investigation, showing the presence of this livestock-associated (LA)-MRSA clone in a variety of farm animals and in persons in contact with affected animals. Furthermore, the capacity of LA-MRSA CC398 to cause infections in humans and animals has been well documented. Recently, MRSA with a divergent mecA-homologue gene variant has been discovered in bovines and humans. Together, these emerging MRSA strains from animal sources have raised new questions as to their origin and inter-host transmission, as well as raised global concern in both veterinary and human medicine about health risks posed by MRSA prevailing in livestock.<p>In the present work, we aimed to investigate the extent and molecular epidemiology of the LA-MRSA reservoir in animal and human populations, including on livestock farms and in acute-care hospitals in Belgium. As a secondary objective, the presence of methicillin susceptible S. aureus (MSSA) CC398, from which MRSA CC398 could locally emerge by acquisition of the Staphylococal Cassette Chromosome mec (SCCmec) element, was assessed. To this end, we undertook an extensive and systematic cross-sectional survey of S.aureus and MRSA carriage among humans and animals on pig, veal calf, dairy cattle, beef cattle, broiler and horticulture farms. A questionnaire, completed by all farm residents, was used to assess occupational risk factors for human MRSA CC398 carriage. Bacterial genetic characterisation was done by spa typing, SCCmec typing and multi-locus sequence typing (MLST). Antimicrobial susceptibility profiles were determined; the presence of resistance genes and toxin genes were determined by PCR. A second set of S. aureus clinical isolates from two national surveys organised in 2005 and 2008 were characterised using the same methods.<p>Carriage of MRSA CC398 was highly prevalent in animals and humans on pig and veal calf farms and to a significantly lesser extent on beef, dairy, broiler and horticulture farms (Chapter 5.1). Persons who work with pigs or veal calves on a daily basis are at significantly higher risk for MRSA CC398 carriage compared to farm-exposed persons who work with them less regularly or never. In accordance with the results from the present work as well as those from others, it appears important to assess the impact of interventions at farm-level that aim to reduce the MRSA carriage rate in animals, as this would also reduce the risk for MRSA carriage in farmers and relatives.<p> MRSA CC398 isolates, especially those from veal calf farms, were frequently multi-resistant and thereby represent a reservoir of antimicrobial resistance determinants that could be transferred to other, more human-adapted staphylococci or other micro-organisms (Chapter 5.1). Additionally, this multi-resistance phenotype should be considered when applying empiric treatment of human staphylococcal infections in livestock-exposed persons. Only very few major “human-associated” virulence factors were detected, indicating a limited virulence capacity of LA-MRSA CC398 isolates. MRSA strains with the mecA homologue mecC, which is difficult to detect using conventional diagnostic methods, were found in beef and dairy cattle, but not in humans. <p>MSSA CC398 strains from which MRSA CC398 might locally emerge were frequently detected in humans and animals on pig, veal and broiler farms, all of which are commonly known to be affected by MRSA CC398 (Chapter 5.2). Three porcine MSSA CC398-t011 isolates harbored remnant DNA of a composite SCCmec V(5C2&5)c element, from which the mec gene complex was lacking. These findings indicate that the strains were previously involved in SCCmec recombination events. Processes similar to the one described here likely contribute to the enormous diversity of SCCmec elements observed in staphylococci. <p>Although LA-MRSA CC398 strains were frequently detected in livestock and livestock-exposed persons, they only represented a minority (~1%) of the MRSA strains from hospitalised patients. This suggests that this specific MRSA clone has not yet spread among Belgian patients without livestock contact (Chapter 5.3). However, similar to what has been seen in other countries, we observed a recent emergence of severe infections, caused by a human-adapted subclone of MSSA CC398, in hospitalised patients without livestock contact (Chapter 5.4). <p>Once more has S. aureus proven its versatility: it has optimally adapted to the selective pressure exerted by intensive animal farming by acquisition of mobile genetic elements, such as resistance determinants. Clearly MRSA is no longer a strictly human problem. Working across the human and veterinary health sectors will be essential to tackle the dissemination and pathogenic evolution of MRSA in livestock. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale et pathogène qui s’est rapidement adaptée à la pression sélective des antibiotiques entraînant la diffusion de souches résistantes à la méticilline (MRSA). En Belgique, des souches appelées Healthcareassociated (HA)-MRSA sont devenues endémiques dans les hôpitaux, causant de nombreuses épidémies durant les années 90.<p>Parallèlement, des cas d’infections communautaires par des souches appelées Community-associated (CA)-MRSA produisant la leucocidine de Panton-Valentine (PVL) ont été rapportées en Europe, en Australie et aux USA, chez des patients jeunes sans contact avec les institutions de soins. Depuis 2005, une prévalence élevée de portage de MRSA a été observée chez les porcs, les éleveurs et les vétérinaires aux Pays-Bas et dans les pays voisins. Ces souches dites Livestock-associated (LA)-MRSA montrent une origine génétique distincte des souches humaines précédemment décrites.<p>Nos travaux de recherche ont porté sur l’épidémiologie et la caractérisation moléculaire de la colonisation et l’infection par S. aureus dans diverses populations humaines en Belgique afin d’élucider :1) l’évolution de la distribution spatio-temporelle des clones épidémiques de MRSA parmi les patients hospitalisés au cours de la période de 1995 à 2003 ;2) les mécanismes moléculaires de résistance aux antibiotiques associés à ces clones ;3) les relations phylogénétiques entre souches de S. aureus sensibles et résistantes à la méticilline parmi les patients hospitalisés afin d’identifier l’origine probable des clones épidémiques ;4) la prévalence et les facteurs de risque de portage de MRSA parmi les résidents des maisons de repos et l’origine de ces souches ;5) l’origine des souches de CA-MRSA et les profils cliniques des infections associées ;6) la prévalence et les facteurs de risque associés au portage de MRSA et la diffusion des souches de MRSA dans les fermes d’élevage porcin.<p>Des enquêtes multicentriques nous ont permis de caractériser les souches de S. aureus résistantes et sensibles à la méticilline affectant les patients hospitalisés (4 enquêtes, 1995 -2003), les patients ambulants (1 enquête, 2002-2004), les résidents dans des maisons de repos et de soins (1 enquête en 2005) et les habitants des fermes d’élevage porcin (1 enquête en 2007). Ces souches ont été caractérisées par détermination du type de cassette mec (SCCmec typing), séquençage d’un gène hypervariable (spa typing) et de 7 gènes de ménage (multi-locus sequence typing, MLST), combinées à l’analyse par électrophorèse en champs pulsé (PFGE) du profil de acrorestriction génomique. Les gènes codant pour trois classes d’antibiotiques et les toxines, PVL, TSST-1 et exfoliatines, ont été recherchés par PCR.<p>L’étude des souches de MRSA a montré une diversification importante des clones dans les hôpitaux, avec le remplacement d’un clone multi-résistant par des clones plus sensibles aux antibiotiques. La distribution des gènes de résistance ainsi que du gène TSST-1 était fortement liée au génotype. Les S. aureus sensibles à la méticilline (MSSA) montraient une plus grande diversité génotypique que les MRSA. La majorité des MRSA épidémiques appartient à des génotypes endémiques de MSSA, suggérant la possibilité d’émergence locale de MRSA par acquisition récente de l’élément mobile SCCmec.<p>D’autres souches de génotypes pandémiques pourraient avoir été importées en Belgique. L’enquête dans les maisons de repos et de soins a montré une prévalence élevée de résidents porteurs de MRSA. L’exposition aux antibiotiques, les lésions cutanées, la perte de mobilité, l’absence de formulaire thérapeutique et de procédures d’hygiène pour le contrôle du MRSA, associée à un nombre élevé de médecins, augmentaient significativement le risque de portage. La présence des mêmes génotypes dans les hôpitaux et les maisons de repos d’une même province suggère des transferts locaux de MRSA entre patients résidant dans et circulant entre ces secteurs de soins.<p>Les souches de CA-MRSA productrices de toxine PVL importées ou acquises en Belgique appartiennent à divers génotypes. La présence de MRSA de même lignée clonale mais présentant des profils de virulence différents clonale dans les institutions de soins et dans la population générale suggère que ces souches ont évolué de manière divergente dans des environnements différents.<p>Nous avons documenté une prévalence très élevée de porteurs de MRSA de génotype ST398 chez les éleveurs de porcs. Le réservoir de ce clone est très probablement d’origine animale, la transmission à l’homme ayant lieu par contact avec des animaux d’élevage ou de compagnie et potentiellement, par voie alimentaire.<p>En conclusion, S. aureus est un pathogène capable de s’adapter dans des environnements très différents. Les souches épidémiques résistantes aux antibiotiques, qu’elles soient d’origine hospitalière, communautaire ou animale, appartiennent à un nombre limité de génotypes bien établis dans chaque écosystème au niveau local ou régional. L’étude approfondie de la dynamique de transmission des MRSA, et de leur profil de résistance dans la communauté, les secteurs des soins aigus et chroniques et l’élevage, est indispensable pour définir les stratégies cliniques et de santé publique pour adapter les schémas thérapeutiques et endiguer l’endémie d’infections à MRSA.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished