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Open Access Class 1 integrons and their conjugal transfer with and without virulence-associated genes in extra-intestinal and intestinal Escherichia coli of poultry

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Multiple-drug resistance in enteric bacteria is frequently associated with integrons. To determine whether integrons may play a role in avian pathogenic Escherichia coli , isolates of extra-intestinal ( n =27) and intestinal ( n =40) E. coli from dead chicks and turkey poults were analysed for the presence of class 1 integrons and of the virulence-associated genes iss , tsh and colV . Eleven extra-intestinal strains possessed a 1.0 kb class 1 integron with a variable region of aadA1 and were resistant to tetracycline. These traits were indicative of the presence of the Tn 21 transposon, which was confirmed by polymerase chain reaction. All extra-intestinal strains had the colV , iss and tsh genes, but none of these genes were cotransferred with the 1.0 kb integron when conjugal transferability was tested. The integron content of the intestinal strains showed considerable variability: one or two of four different class 1 integrons, which varied from 1.0 to 2.4 kb in size, were detected in the 11 strains. The aadA7 gene of the 1.0 kb integron, the dfrA1-aadA1 genes of the 1.6 kb integron and the folA-catB3-aadA5 genes of the 2.4 kb integron were identical to those described by other workers. However, the orfIN682-dhfrV-orfD gene cassette arrangement of the 1.5 kb integron of an intestinal strain of serogroup O5 had no similarity to any previously reported integrons. Conjugal transfer of the 1.6 and 2.4 kb integrons was successful, and in a serogroup O33 intestinal E. coli strain the iss gene was apparently cotransferred with a 1.6 kb integron. The 1.0 and 1.5 kb integrons were not transferable. Our data suggest that intestinal E. coli strains of poultry may be a reservoir for emerging multiresistant strains of avian pathogenic E. coli . Intégrons de classe 1 d' Escherichia coli, intra- ou extra-intestinaux de volailles, et leur transfert conjugatif associé on non à des gènes de virulence La multirésistance chez les bactéries intestinales est souvent associée aux intégrons. Pour déterminer si les intégrons peuvent jouer un rôle chez les Escherichia coli pathogènes aviaires, des souches extra-intestinales (n = 27) et intestinales (n = 40), d' E. coli isolées de poussins et de dindonneaux morts, ont été analysées pour rechercher la présence d'intégrons de classe 1 et les gènes associés à la virulence iss, tsh et colV . Onze souches extra-intestinales possédaient un intégron de classe 1 de 1,0 kb avec une région variable de aadA1 et étaient résistantes à la tétracycline. Ces caractéristiques suggéraient la présence du transposon Tn 21 , ce qui a été confirmé par PCR. Toutes les souches extra-intestinales possédaient les gènes colV, iss et tsh, mais aucun de ces gènes n'était cotransféré avec l'intégron 1,0 kb lorsque le transfert conjugatif a été testé. L'intégron des souches intestinales montrait une variabilité considérable : un ou deux des quatre intégrons différents de classe 1, dont la taille variait de 1.0 kb à 2.4 kb, ont été détectés à partir des onze souches. Le gène aadA7 de l'intégron 1,0 kb, les gènes dfrA1-aadA1 de l'intégron 1,6 kb et les gènes folA-catB3-aadA5 de l'intégron 2,4 kb ont été identiques à ceux décrits par d'autres chercheurs. Cependant, l'organisation de la cassette de gènes orfIN682-dhfrV-orfD, de l'intégron 1,5 kb d'une souche intestinale du séro groupe O5, ne présentait aucune similarité avec les intégrons décrits antérieurement. Le transfert conjugatif des intégrons 1,6 kb et 2,4 kb a été réussi, et pour une souche E. coli intestinale du séro-groupe O33 le gène iss a apparemment été cotransféré avec l'intégron 1,6 kb. Les intégrons 1,0 kb et 1,5 kb n'ont pas été transférables. Nos données suggèrent que les souches intestinales d' E. coli isolées chez les volailles peuvent être un réservoir pour l'émergence de souches d' E. coli pathogènes aviaires multirésistantes. Integrone der Klasse 1 und ihr konjugierter Transfer mit und ohne Virulenz-assoziierten Genen in extraintestinalen und intestinalen Escherichia coli beim Geflügel Bei Darmbakterien ist die multiple Antibiotikaresistenz häufig mit Integronen assoziiert. Um zu untersuchen, ob Integrone auch bei pathogenen aviären Escherichia coli eine Rolle spielen, wurden extraintestinale (n = 27) und intestinale (n = 40) E.coli-Isolate aus verendeten Hühnern und Puten auf die Anwesenheit von Klasse 1-Integronen und auf die Virulenz-assoziierten Gene is, tsh und colv getestet. Elf extraintestinale Stämme besaßen ein 1,0 kb Klasse 1-Integron mit einer variablen Region des aadA1 und waren resistent gegen Tetrazyklin. Diese Eigenschaften wiesen auf die Präsenz des Tn 21 -Transposons hin, was durch die PCR bestätigt werden konnte. Alle extraintestinalen Stämme besaßen die colV-, iss - und tsh -Gene, aber keines dieser Gene wurde bei der Testung der konjugierten Transferabilität mit dem 1,0kb-Integron ko-transferiert. Der Integrongehalt in den intestinalen Stämmen wies eine beachtliche Variabilität auf: in den elf Stämmen wurden ein oder zwei von vier verschiedenen Klasse 1-Integronen, die in der Größe zwischen 1,0 und 2,4 kb variierten, entdeckt. Das aadA7 -Gen des 1,0 kb-Integron, die dfrAl-aadA1- Gene des 1,6 kb-Integrons und die folA-catB3-aadA5 -Gene des 2,4 kb-Integrons waren mit denen von anderen Autoren beschriebenen identisch. Das orfIN682-dhfrV-orfD -Genkassettenarrangement des 1,5 kb-Integrons eines intestinalen Stamms der Serogruppe O5 hatte jedoch keine Ähnlichkeit mit irgendeinem der bislang beschriebenen Integrone. Der konjugierte Tranfer der 1,6 kb- und 2,4 kb-Integrone war erfolgreich und bei einem intestinalen E. coli -Stamm der Serogruppe O33 wurde das iss -Gen offensichtlich mit einem 1,6-kb-Integron ko-transferiert. Das 1,0 kb- und das 1,5 kb-Integron ließen sich nicht transferrieren. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass intestinale E.coli-Stämme vom Geflügel ein Reservoir für die Entstehung multiresistenter pathogener aviärer E. coli -Stämme sein können. Integrones de clase 1 con y sin genes asociados a virulencia y su transferencia por conjugación en Escherichia coli intestinal y extra intestinal en aves Las resistencias múltiples a fármacos en bacterias entéricas se encuentran asociadas frecuentemente a integrones. Para determinar si los integrones pueden desempeñar un papel en Escherichia coli patogéna aviar, se estudió la presencia de integrones de clase 1 y de los genes asociados a virulencia iss , tsh y colV en aislamientos de origen intestinal (n = 40) y extra intestinal (n = 27) procedentes de pollitos y pavipollos muertos. Once cepas extra intestinales poseían un integrón de clase 1 de 1.0 kb con una región variable de aadA1 y eran resistentes a las tetraciclinas. Estas características eran indicativas de la presencia del transposón Tn 21 , lo cual se confirmó mediante PCR. Todas las cepas extra intestinales poseían los genes colV, iss y tsh , pero ninguno de ellos se cotransfirió con el integrón de 1.0kb cuando se evaluó la transferencia por conjugación. Se observó una importante variabilidad en el contenido de integrones de las cepas intestinales: se detectaron uno o dos de los cuatro tipos diferentes de integrones de clase 1, con un tamaño que variaba de 1.0kb a 2.4kb, en las once cepas. Los genes aadA7 del integrón de 1.0kb, los genes dfrA1-aadA1 del integrón de 1.6kb y los genes folA-catB3-aadA5 del integrón de 2.4kb eran idénticos a los descritos por otros investigadores. Sin embargo, la organización del casete génico del integrón de 1.5kb de la cepa intestinal del serogrupo O5 no presentaba similitudes con ningún otro integrón descrito previamente. Se logró la transferencia por conjugación de los integrones de 1.6kb y 2.4kb, y en la cepa de E. coli intestinal del serogrupo O33, el gen iss aparentemente se contransfirió con el integrón de 1.6kb. Los integrones de 1.0kb y 1.5kb no se transfirieron. Nuestros resultados sugieren que las cepas aviares de E. coli intestinales pueden actuar como reservorio en la aparición de cepas multirresistentes de E. coli patógena aviar.
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Document Type: Research Article

Affiliations: 1: Department of Phage-typing and Molecular Epidemiology, ‘Johan Béla' National Center for Epidemiology, Gyáli u. 2–6, H-1097, Budapest, Hungary 2: Department of Molecular Genetics and Diagnostics, Institute of Environmental Health, National Center for Public Health, Gyáli u. 2–6, H-1097, Budapest, Hungary 3: Veterinary Medical Research Institute of the Hungarian Academy of Sciences, Hungária krt. 21, H-1143, Budapest, Hungary

Publication date: August 1, 2006

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