Combating antimicrobial resistance in the Norwegian food production chain

NoResist-prosjektet fremskaffer kunnskap som kan brukes til å forbygge og redusere antibiotikaresistens i den norske matproduksjonskjeden, med spesielt fokus på resistente bakterier hos fjørfe. I 2016 ble alle norske slaktekyllingbesetninger undersøkt i perioden mai-oktober for forekomst av E. coli med «extended-spectrum cephalosporin»-resistens (ESCR), som ble funnet i ca 10 % av flokkene. Tidligere funn i samme hus var en risikofaktor. Noen isolater hadde et ESCR-gen ikke tidligere påvist i norsk kyllingproduksjon. Undersøkelser tyder på at både klonal spredning av bakteriene og horisontal overføring av ESCR-plasmider har bidratt til spredning av dette genet. I tillegg er tilsvarende plasmider og bakterier funnet i slaktekyllingproduksjon i andre Europeiske land, noe som kan tyde på en felles kilde. Det er testet en hypotese om at kopper og sink som gis som fôrtilskudd i doser utover kyllingenes fysiologiske behov kan virke som en drivkraft for overføring av ESCR-plasmider i tarm og miljø. Resultater fra laboratorieforsøk viste tvert imot at overføringen ble redusert ved eksponering for kopper eller sink. Reduksjonen kunne forklares gjennom et nedsatt uttrykk av gener som er involvert i mekanismen bak overføring av plasmider. I prosjektet stilles spørsmål om den helsemessige konsekvensen av at mennesker kan eksponeres for ESC-produserende E. coli gjennom kyllingkjøtt, spesielt som årsak til urinveisinfeksjoner. Alle isolatene av ESCR E. coli som ble isolert gjennom NORM-VET-programmet i 2012, 14 og 16 ble derfor helgenomsekvensert og karakterisert for gener assosiert med urinveisinfeksjoner, samt et utvalg testet for uttrykk av slike patogenitetsegenskaper. Resultatene viser at det er stor variasjon i hvilke typer ESCR E. coli som finnes i norskprodusert kyllingkjøtt, men den store majoriteten har lite potensial til å gi sykdom hos menneske. Det er imidlertid viktig at overvåkningen av ESCR E. coli fortsetter for å kunne reagere dersom nye, patogene varianter skulle opptre. En spesiell variant av ESCR E. coli fra norsk slaktekyllingproduksjon, ST38, er studert og sammenlignet med isolater av samme sekvenstype fra mennesker, både med infeksjoner og friske. Resultatene basert på data fra helgenomsekvensering viser at kyllingisolatene danner en distinkt sub-populasjon innen denne sekvensetypen, som er forskjellig fra de humane isolatene. Nært genetisk slektskap er også vist til ESCR ST38 fra svensk og islandsk kyllingproduksjon, noe som igjen tyder på et felles opphav. Innsamling, identifisering og resistenskarakterisering av Pseudomonas fra kyllingkjøtt i slakteri og butikk, er gjennomført. Isolatene var fra en tidsperiode på 26 år (1991-2017). Resultatene oppnådd ved resistenstesting og helgenomanalyser indikerte en generelt gunstig resistenssituasjon med relativt stabil forekomst og nivåer av resistens i hele perioden. Pseudomonas har en rekke såkalte iboende multidrug resistensgener, men overførbare antibitikaresistensgener ble i liten grad påvist. Klebsiella pneumonia er en viktig årsak til infeksjoner hos mennesker og en sentral bakterie i den globale spredningen av resistens. Ved bruk av selektiv dyrkningsmetodikk er forekomst av Klebsiella spp i feces prøver fra friske kalkuner (n=161) og slaktekyllinger (n=404) blitt undersøkt. Det ble påvist Klebsiella i 203 av de undersøkte prøvene, alle artsbestemt til K. pneumoniae. Det var flere funn av K. pneumoniae i prøver fra kalkun enn fra kylling. Det var lav forekomst av antibiotikaresistens og isolatene var generelt gode biofilmdannere. Biofilmegenskaper hos bakterier kan ha betydning for overlevelse i produksjonsmiljø. Kinolonresistente E. coli (QREC) fra slaktekylling viste seg å være generelt bedre biofilmdannere enn ESCR E. coli. Overføring av plasmider med ESCR gen til QREC stammer reduserte biofilmproduksjonen hos disse. Dette kan tyde på at slike resistensplasmider kan regulere biofilmproduksjon. Av tre ulike desinfeksjonsmidler som brukes i slaktekyllingproduksjonen hadde bare to tilfredsstillende effekt mot QREC i unge biofilmer, og ingen hadde god nok effekt på eldre biofilmer, i laboratorieforsøk. Resultatene bekrefter viktigheten av regelmessig rengjøring for å hindre oppbygging av biofilm. Vi har påvist en sterk sammenheng mellom vankomycinresistente enterokokker (VRE) og narasinresistens. Resultatene antyder at fôr som inneholder narasin, kan ha vært en viktig faktor som har fremmet tilstedeværelse av VRE i norsk slaktekyllingproduksjon. Etter at norske slaktekyllingprodusenter sluttet med narasin i fôret i 2016, har vi sett en betydelig reduksjon i narasinresistente bakterier i slaktekyllinger, og har VRE falt under deteksjonsgrensen. Vi har klonet og utført den første karakteriseringen av narasinresistens-mekanismen; NarAB. Denne gir kryss-resistens mot visse andre polyeterionoforer, men ikke mot noen av de klinisk brukte antibiotikaene som er testet.

Prosjektet har fremskaffet viktig kunnskap om utvikling, forekomst og spredning av antibiotikaresistens i matproduksjonskjeden for slaktekylling. Denne kunnskapen kan brukes av næring og forvaltning i arbeidet med å identifisere risiko, forbygge og redusere slik resistens på nasjonalt nivå, noe som også vil komme konsumentene til gode. Kunnskapen vil også være nyttig for internasjonale aktører, spesielt fordi det gunstige nivået på norsk antibiotikabruk og resistens gjør det mulig å studere resistens fra et "lavresistens-perspektiv" som ikke kan gjøres så mange andre steder. Den nye kunnskapen om sammenheng mellom antibiotikaresistens og narasin, som er vanlig å bruke som fôrtilsetning i andre land, vil være av stor internasjonal interesse. Prosjektet har styrket samarbeid og kunnskapsutveksling mellom partnerne, økt den faglige kompetansen, bidratt til kompetanseutvikling for to PostDoc-stipendiater, samt forskerutdannelse for to master-, en forskerlinje- og 16 bachelor-studenter.

Antimicrobials revolutionized medicine in the 20th century, but the development of antimicrobial resistance in bacteria is becoming an increasing threat to global public health. There are numerous routes by which resistant bacteria and resistance genes are spread to and from humans, one being the food chain. The NoResist project will seek to obtain knowledge on persistence and spread of antimicrobial resistance in the Norwegian food production chain which can be used to prevent, reduce or inhibit such resistance. The prime focus of the project will be on the poultry production chain, which currently is associated with the most serious challenges of antimicrobial resistant bacteria, i.e. extended spectrum betalactamase (ESBL) producing bacteria and quinolone resistant bacteria. These antimicrobials are defined by WHO to be among the critically important antimicrobial agents to be reserved for treatment of severe infections in humans. The project will: 1) Identify occurrence and possible reservoirs of antimicrobial resistance in animals, food products and various production environments, e.g. in biofilms. 2) Identify risk factors of development and spread of antimicrobial resistance. 3) Study the dissemination of antimicrobial resistance throughout the production chain from production animals via animal products to the human consumer. 4) Study mechanisms and drivers of transfer of resistance genes between bacteria in various compartments production chain 5) Identify the effect of anticoccidial feed additives on antimicrobial resistance development and dissemination in bacteria. 6) Based on the results obtained, identify factors which can prevent or inhibit spread of resistance. Norwegian and international institutions with complementing competence within antimicrobial resistance, food safety and human health, will cooperate with the industry to ensure both scientific quality and relevance of the results obtained in the NoResist project.