Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology130110.36233/0372-9311-343mqqmxoORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleAntimicrobial resistance in foodborne Salmonella enterica isolates in the Republic of BelarusУстойчивость к противомикробным препаратам пищевых изолятов Salmonella enterica на территории Республики Беларусьhttps://orcid.org/0000-0002-1716-6969KulikovaNina G.КуликоваНина Георгиевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Laboratory of human clinical microbiology and microbial ecology

к.б.н., с.н.с. направления клинической микробиологии лаб. клинической микробиологии и микробной экологии человека

kulikova_ng@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0002-7049-4195ChernyshkovAlexey V.ЧернышковАлексей Валерьевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Laboratory of human clinical microbiology and microbial ecology

к.м.н., с.н.с. направления клинической микробиологии лаб. клинической микробиологии и микробной экологии человека

chernyshkov@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0002-5646-538XMikhaylovaYuliya V.МихайловаЮлия Владимировна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), Head, Laboratory for molecular mechanisms of antibiotic resistance

к.б.н., зав. лаб. молекулярных механизмов антибиотикорезистентности

mihailova@cmd.suZenkovichAlexander L.ЗеньковичАлександр Леонидович
Belarus

deputy chief physician of the laboratory case

зам. главного врача по лабораторному делу

kulikova_ng@cmd.suDovnarDaria A.ДовнарДарья Александровна
Belarus

doctor, Microbiological reference laboratory

врач-бактериолог микробиологической референс-лаборатории

kulikova_ng@cmd.suMareikoAla M.МарейкоАлла Михайловна
Belarus

doctor, Microbiological reference laboratory

врач-бактериолог микробиологической референс-лаборатории

kulikova_ng@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0002-5378-0827BityuminaLyutsiya A.БитюминаЛюция Айткалиевна
Russian Federation

bacteriologist, Laboratory of human clinical microbiology and microbial ecology

врач-бактериолог направления клинической микробиологии лаб. клинической микробиологии и микробной экологии человека

bitumina@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0002-7409-077XShelenkovAndrey A.ШеленковАндрей Александрович
Russian Federation

Cand. Sci. (Appl. Math.), senior researcher, Laboratory of molecular mechanisms of antibiotic resistance

к.ф-м.н., с.н.с. лаб. молекулярных механизмов антибиотикорезистентности

shelenkov@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0003-0486-1353EgorovaAnna E.ЕгороваАнна Евгеньевна
Russian Federation

researcher, Laboratory of molecular mechanisms of antibiotic resistance

н.с. лаб. молекулярных механизмов антибиотикорезистентности

a.egorova@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0002-4925-1308SaenkoStepan S.СаенкоСтепан Сергеевич
Russian Federation

junior researcher, Laboratory of molecular mechanisms of antibiotic resistance

м.н.с. лаб. молекулярных механизмов антибиотикорезистентности

saenko@cmd.suhttps://orcid.org/0000-0002-1146-1430ManzenyukIgor N.МанзенюкИгорь Николаевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), assistant director for research

к.м.н., помощник директора по научной работе

manzeniuk@cmd.suCentral Research Institute for EpidemiologyЦентральный научно-исследовательский институт эпидемиологии РоспотребнадзораState Institution Republican Center for Hygiene, Epidemiology and Public HealthРеспубликанский центр гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья22052023100215316719092022Copyright ©; 2023, Kulikova N.G., Chernyshkov A.V., Mikhaylova Y.V., Zenkovich A.L., Dovnar D.A., Mareiko A.M., Bityumina L.A., Shelenkov A.A., Egorova A.E., Saenko S.S., Manzenyuk I.N.Copyright ©; 2023, Куликова Н.Г., Чернышков А.В., Михайлова Ю.В., Зенькович А.Л., Довнар Д.А., Марейко А.М., Битюмина Л.А., Шеленков А.А., Егорова А.Е., Саенко С.С., Манзенюк И.Н.2023Kulikova N.G., Chernyshkov A.V., Mikhaylova Y.V., Zenkovich A.L., Dovnar D.A., Mareiko A.M., Bityumina L.A., Shelenkov A.A., Egorova A.E., Saenko S.S., Manzenyuk I.N.Куликова Н.Г., Чернышков А.В., Михайлова Ю.В., Зенькович А.Л., Довнар Д.А., Марейко А.М., Битюмина Л.А., Шеленков А.А., Егорова А.Е., Саенко С.С., Манзенюк И.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/1301

Introduction. Antimicrobial resistance is a global public health concern. Salmonella spp., which can be transmitted to humans through contaminated food, are among the most important foodborne pathogens worldwide.

Materials and methods. The antimicrobial resistance of 358 bacterial isolates collected from food and water in the Republic of Belarus (Belarus) in 2018–2021 was studied by analyzing phenotypic and genotypic characteristics of antibiotic bacterial resistance. MALDI-TOF mass spectrometry was used to classify and identify bacteria. Phenotypic antimicrobial susceptibility of bacteria was measured by the minimum inhibitory concentration method using a Sensititre automated bacteriological analyzer and the disk diffusion test for 45 antimicrobial agents. Antimicrobial resistance genes in multidrug-resistant Salmonella isolates were identified by whole-genome sequencing.

Results. The in vitro testing of phenotypic bacterial susceptibility showed high susceptibility to fluoroquinolones (97.2%), third-generation cephalosporins (93.9%), carbapenems (98.0%), ampicillin (81.8%), aminoglycosides (97.5%), tetracyclines (87.5%), chloramphenicol (93.8%), trimethoprim/sulfamethoxazole (co-trimoxazole) (95.3%) and colistin (85.2%). It was found that the antibiotic resistance mechanism in S. enterica was associated with the presence of genes blaTEM-1B (82%), blaTEM-1C (7.7%), blaSHV-12 (2.6%), blaDHA-1 (2.6%), blaCMY-2 (7.7%), qnrB2 (9.1%), qnrB4 (9.1%), qnrB5 (9.1%), qnrB19 (72.7%), aac(6’)-Ib-cr (9.1%), aac(6’)-Iaa (100%), aadA1 (13.2%), aadA2 (8.8%), tetB (74.3%), tetA (25.7%), tetM (2.9%), tetD (28.6%), mcr-9 (1.5%).

Conclusion. All the bacterial isolates were phenotypically susceptible to first-line antibiotics used in treatment of salmonellosis: fluoroquinolones and third-generation cephalosporins. The whole-genome sequencing of multidrug-resistant Salmonella isolates (19.0%) detected resistance genes for 9 groups of antibiotics: aminoglycosides (100%), beta-lactams (57.4%), fluoroquinolones (16.2%), tetracyclines (51.5%), macrolides (1.5%), phenicols (30.4%), trimethoprim (13.0%), sulfonamides (47.8%) and colistin (1.4%). Thus, epidemiological surveillance of the Salmonella spread through the food chain is of critical importance for the monitoring of antimicrobial resistance among foodborne Salmonella.

Введение. Устойчивость к противомикробным препаратам является глобальной проблемой здравоохранения. Salmonella spp., которые могут передаваться человеку через контаминированную пищевую продукцию, признаны важными патогенами пищевого происхождения во всём мире.

Материалы и методы. Исследования противомикробной резистентности 358 изолятов микроорганизмов из пищевых продуктов и воды, изолированных на территории Республики Беларусь в 2018–2021 гг., проводились путём изучения фенотипических и генотипических характеристик антибиотикорезистентности микроорганизмов. Таксономическое положение бактерий было идентифицировано методом MALDI-TOF масс-спектрометрии. Фенотипическую чувствительность бактерий к антимикробным препаратам определяли методом минимальной подавляющей концентрации с помощью автоматизированного бактериологического анализатора «Sensititre» и диско-диффузионным методом к 45 противомикробным препаратам. Гены устойчивости к противомикробным препаратам у мультирезистентных изолятов сальмонелл определяли с помощью полногеномного секвенирования.

Результаты. Анализ фенотипической чувствительности бактерий in vitro показал высокую чувствительность к фторхинолонам (97,2%), цефалоспоринам 3-го поколения (93,9%), карбапенемам (98,0%), ампициллину (81,8%), аминогликозидам (97,5%), тетрациклинам (87,5%), хлорамфениколу (93,8%), триметоприм/сульфаметоксазолу (ко-тримоксазолу) (95,3%) и колистину (85,2%). Показано, что механизм резистентности к антибиотикам у S. enterica был ассоциирован с наличием генов blaTEM-1B (82%), blaTEM-1C (7,7%), blaSHV-12 (2,6%), blaDHA-1 (2,6%), blaCMY-2 (7,7%), qnrB2 (9,1%), qnrB4 (9,1%), qnrB5 (9,1%), qnrB19 (72,7%), aac(6’)-Ib-cr (9,1%), aac(6’)-Iaa (100%), aadA1 (13,2%), aadA2 (8,8%), tetB (74,3%), tetA (25,7%), tetM (2,9%), tetD (28,6%), mcr-9 (1,5%).

Заключение. Все изоляты микроорганизмов были фенотипически высокочувствительны к препаратам 1-й линии в терапии сальмонеллёза: фторхинолонам и цефалоспоринам 3-го поколения. Результаты полногеномного секвенирования мультирезистентных изолятов сальмонелл (19,0%) выявили гены устойчивости к 9 группам антибиотиков: аминогликозидам (100%), бета-лактамам (57,4%), фторхинолонам (16,2%), тетрациклинам (51,5%), макролидам (1,5%), фениколам (30,4%), триметоприму (13,0%), сульфаниламидам (47,8%) и колистину (1,4%). Таким образом, для контроля устойчивости к противомикробным препаратам среди сальмонелл пищевого происхождения решающее значение имеет эпидемиологический надзор за их распространением в цепи пищевых продуктов.

Salmonella entericaantibiotic resistancewhole-genome sequencingfluoroquinolonessalmonellosisSalmonella entericaантибиотикорезистентностьполногеномное секвенированиефторхинолонысальмонеллезПравительство Российской ФедерацииGoverment of the Russian Federation185-р от 03.02.2017Правительство Российской ФедерацииGoverment of the Russian Federation3116-р от 21.12.2019Pavlova A.S., Bocharova Yu.A., Kuleshov K.V., et al. Molecular determinants of antibiotic resistance in Salmonella enterica antibiotic resistance. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2021;98(6):721–30. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-140. EDN: https://elibrary.ru/zqryguПавлова А.С., Бочарова Ю.А., Кулешов К.В. и др. Молекулярные детерминанты резистентности Salmonella enterica к антибиотикам. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021;98(6):721–30. Pavlova A.S., Bocharova Yu.A., Kuleshov K.V., et al. Molecular determinants of antibiotic resistance in Salmonella enterica antibiotic resistance. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2021;98(6):721–30. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-140. EDN: https://elibrary.ru/zqryguReshetneva I.T., Per'yanova O.V., Dmitrieva G.M., Ostapova T.S. Antibiotic resistance of Salmonella spp. isolated in the territory of the Krasnoyarsk region. Hygiene and Sanitation. 2015;94(2):35–8. EDN: https://elibrary.ru/tphjlxРешетнева И.Т., Перьянова О.В., Дмитриева Г.М., Остапова Т.С. Антибиотикорезистентность сальмонелл, выделенных на территории Красноярского края. Гигиена и санитария. 2015;94(2):35–8. Reshetneva I.T., Per'yanova O.V., Dmitrieva G.M., Ostapova T.S. Antibiotic resistance of Salmonella spp. isolated in the territory of the Krasnoyarsk region. Hygiene and Sanitation. 2015;94(2):35–8. EDN: https://elibrary.ru/tphjlxAl-Ansari M.M., Aljubali M.M., Somily A.M., et al. Isolation and molecular characterization of multidrug-resistant Salmonella enterica serovars. J. Infect. Public Health. 2021;14(12):1767–76. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiph.2021.10.011Pokhilenko V.D., Baranov A.M., Detushev K.V. Methods of long-term storage of collection cultures of microorganisms and development trends. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Meditsinskie nauki. 2009;(4):99–121. EDN: https://elibrary.ru/lakpfxПохиленко В.Д., Баранов А.М., Детушев К.В. Методы длительного хранения коллекционных культур микроорганизмов и тенденции развития. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2009;(4):99–121. Pokhilenko V.D., Baranov A.M., Detushev K.V. Methods of long-term storage of collection cultures of microorganisms and development trends. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Meditsinskie nauki. 2009;(4):99–121. EDN: https://elibrary.ru/lakpfxBankevich A., Nurk S., Antipov D., et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012;19(5):455–77. DOI: https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021Shelenkov A., Mikhaylova Y., Yanushevich Y., et al. Molecular typing, characterization of antimicrobial resistance, virulence profiling and analysis of whole-genome sequence of clinical Klebsiella pneumoniae isolates. Antibiotics (Basel). 2020;9(5):261. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics9050261Zankari E., Hasman H., Cosentino S., et al. Identification of acquired antimicrobial resistance genes. J. Antimicrob. Chemother. 2012;67(11):2640–4. DOI: https://doi.org/10.1093/jac/dks261Yakovlev V.P. Antimicrobial preparations of fluoroquinolones group. Consilium Medicum. 2006;8(1):35–41. EDN: https://elibrary.ru/rglbxlЯковлев В.П. Антимикробные препараты группы фторхинолонов. Consilium Medicum. 2006;8(1):35–41. Yakovlev V.P. Antimicrobial preparations of fluoroquinolones group. Consilium Medicum. 2006;8(1):35–41. EDN: https://elibrary.ru/rglbxlGambino D., Gargano V., Butera G., et al. Food is reservoir of MDR Salmonella: prevalence of ESBLs profiles and resistance genes in strains isolated from food. Microorganisms. 2022;10(4):780. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms10040780Ngoi S.T., Teh C.S., Chai L.C., Thong K.L. Overview of molecular typing tools for the characterization of Salmonella enterica in Malaysia. Biomed. Environ. Sci. 2015;28(10):751–64. DOI: https://doi.org/10.3967/bes2015.105Kumar Y., Singh V., Kumar G., et al. Serovar diversity of Salmonella among poultry. Indian J. Med. Res. 2019;150(1):92–5. DOI: https://doi.org/10.4103/ijmr.IJMR_1798_17Mamber S.W., Mohr T., Barlow K., et al. Occurrence of Salmonella in ready-to-eat meat and poultry product samples from U.S. Department of Agriculture-Regulated Producing Establishments. II. Salmonella in ready-to-eat pork barbecue products, from 2005 to 2012. J. Food Prot. 2018;81(10):1737–42. DOI: https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-18-026Rodríguez R., Fandiño C., Donado P., et al. Characterization of Salmonella from commercial egg-laying hen farms in a central region of Colombia. Avian Dis. 2015;59(1):57–63. DOI: https://doi.org/10.1637/10873-052714-regElkenany R., Elsayed M.M., Zakaria A.I., et al. Antimicrobial resistance profiles and virulence genotyping of Salmonella enterica serovars recovered from broiler chickens and chicken carcasses in Egypt. BMC Vet. Res. 2019;15(1):124. DOI: https://doi.org/10.1186/s12917-019-1867-zEuropean Food Safety Authority; European Centre for Disease Prevention and Control. The European Union One Health 2020 Zoonoses Report. EFSA J. 2021;19(12):e06971. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6971European Food Safety Authority; European Centre for Disease Prevention and Control. The European Union Summary Report on Antimicrobial Resistance in zoonotic and indicator bacteria from humans, animals and food in 2019-2020. EFSA J. 2022;20(3):e07209. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2022.7209European Food Safety Authority; European Centre for Disease Prevention and Control. The European Union Summary Report on Antimicrobial Resistance in zoonotic and indicator bacteria from humans, animals and food in 2018/2019. EFSA J. 2021;19(4):e06490. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6490Proietti P.C., Stefanetti V., Musa L., et al. Genetic profiles and antimicrobial resistance patterns of Salmonella infantis strains isolated in Italy in the food chain of broiler meat production. Antibiotics (Basel). 2020;9(11):814. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics9110814WHO. Antimicrobial Resistance: Global Report on Surveillance. Geneva; 2014.Castro-Vargas R.E., Herrera-Sánchez M.P., Rodríguez-Hernández R., Rondón-Barragán I.S. Antibiotic resistance in Salmonella spp. isolated from poultry: a global overview. Vet. World. 2020;13(10):2070–84. DOI: https://doi.org/10.14202/vetworld.2020.2070-2084Campos J., Mourão J., Peixe L., Antunes P. Non-typhoidal Salmonella in the pig production chain: a comprehensive analysis of its impact on human health. Pathogens. 2019;8(1):19. DOI: https://doi.org/10.3390/pathogens8010019Lamas A., Fernandez-No I.C., Miranda J.M., et al. Prevalence, molecular characterization and antimicrobial resistance of Salmonella serovars isolated from northwestern Spanish broiler flocks (2011–2015). Poult. Sci. 2016;95(9):2097–105. DOI: https://doi.org/10.3382/ps/pew150Yin X., M'ikanatha N.M., Nyirabahizi E., et al Antimicrobial resistance in non-Typhoidal Salmonella from retail poultry meat by antibiotic usage-related production claims – United States, 2008–2017. Int. J. Food Microbiol. 2021;342:109044. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2021.109044Yin X., M'ikanatha N.M., Nyirabahizi E., et al. Antimicrobial resistance in non-Typhoidal Salmonella from retail poultry meat by antibiotic usage-related production claims – United States, 2008–2017. Int. J. Food Microbiol. 2021;342:109044. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2021.109044Xu Z., Chen X., Tan W., et al. Prevalence and antimicrobial resistance of Salmonella and Staphylococcus aureus in fattening pigs in Hubei Province, China. Microb. Drug Resist. 2021;27(11): 1594–602. DOI: https://doi.org/10.1089/mdr.2020.0585Xu Z., Chen X., Tan W., et al. Prevalence and antimicrobial resistance of Salmonella and Staphylococcus aureus in fattening pigs in Hubei Province, China. Microb. Drug Resist. 2021;27(11):1594–602. DOI: https://doi.org/10.1089/mdr.2020.0585Sinwat N., Witoonsatian K., Chumsing S., et al. Antimicrobial resistance phenotypes and genotypes of Salmonella spp. isolated from commercial duck meat production in Thailand and their minimal inhibitory concentration of disinfectants. Microb. Drug Resist. 2021;27(12):1733–41. DOI: https://doi.org/10.1089/mdr.2020.0230Yang J., Zhang Z., Zhou X., et al. Prevalence and characterization of antimicrobial resistance in Salmonella enterica isolates from retail foods in Shanghai, China. Foodborne Pathog. Dis. 2020;17(1):35–43. DOI: https://doi.org/10.1089/fpd.2019.2671Zhao X., Hu M., Zhang Q., et al. Characterization of integrons and antimicrobial resistance in Salmonella from broilers in Shandong, China. Poult. Sci. 2020;99(12):7046–54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.09.071Harb A., Habib I., Mezal E.H., et al. Occurrence, antimicrobial resistance and whole-genome sequencing analysis of Salmonella isolates from chicken carcasses imported into Iraq from four different countries. Int. J. Food Microbiol. 2018; 284:84–90. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2018.07.007Egorova A., Mikhaylova Y., Saenko S., et al. Comparative whole-genome analysis of Russian foodborne multidrug-resistant Salmonella infantis isolates. Microorganisms. 2021;10(1):89. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms10010089Alcalá L., Alonso C.A., Simón C., et al. Wild birds, frequent carriers of extended-spectrum β-lactamase (ESBL) producing Escherichia coli of CTX-M and SHV-12 types. Microb. Ecol. 2016; 72(4):861–9. DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-015-0718-0Alcalá L., Alonso C.A., Simón C., et al. Wild birds, frequent carriers of extended-spectrum β-lactamase (ESBL) producing Escherichia coli of CTX-M and SHV-12 types. Microb. Ecol. 2016;72(4):861–9. DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-015-0718-0Liakopoulos A., Mevius D., Ceccarelli D. A review of SHV extended-spectrum β-lactamases: neglected yet ubiquitous. Front. Microbiol. 2016;7:1374. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01374Bush K. Past and present perspectives on β-lactamases. Antimicrob. Agents Chemother. 2018;62(10):e01076–18. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.01076-18Ling Z., Yin W., Shen Z., et al. Epidemiology of mobile colistin resistance genes MCR-1 to MCR-9. J. Antimicrob. Chemother. 2020;75(11):3087–95. DOI: https://doi.org/10.1093/jac/dkaa205Groussin M., Poyet M., Sistiaga A., et al. Elevated rates of horizontal gene transfer in the industrialized human microbiome. Cell. 2021;184(8):2053–67.e18. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.052