Antimicrobial resistance in companion animals and their home environments : a One Health perspective

Abstract

Antimicrobial resistance (AMR) is disseminated in all three sectors comprised by the One Health concept: Humans, animals, and environment. Yet, much is unknown regarding the reservoirs for antimicrobial resistance in our immediate surroundings, namely our companion animals and home environments. Therefore, this thesis investigates the companion animals’ and home environments’ roles as reservoirs for antimicrobial resistance genes (ARGs), methicillin-resistant staphylococci (MRS), and mammaliicocci (MRM). Further does the thesis investigate the transmission potential of clinical methicillin-resistant staphylococci from infected pets to their owners and surrounding environments.

Fecal samples from healthy dogs and owners were analyzed for the presence of ARGs. Humans, companion animals, and home environments from different types of households (infected pet, healthy pet, and no-pet households) were screened for MRS and MRM. Bacterial isolates were further examined phenotypically and genotypically to determine their species identity, sequence types, SCCmec and to characterize their resistance and virulence genes.

By analyzing the fecal samples, we documented high rates of aminoglycoside resistance genes and mecA, the gene responsible for methicillin resistance, in the canine fecal samples. At the group level, dogs and owners carried many of the same resistance genes. However, only a moderate proportion of the ARGs were simultaneously present in dogs and owners from the same household, indicating a low level of transmission. Interestingly, older dogs had more fecal ARGs in common with their owners.

Furthermore, we have documented that methicillin-resistant coagulase-negative staphylococci (MRCoNS) and MRM were close to ubiquitous in the home environments, regardless of type of household or human/pet carriage of MRCoNS/MRM. In addition to harboring the mecA gene, the majority of isolates were multidrug-resistant, expressing resistance to three or more classes of antimicrobials. Despite the vast presence of MRCoNS and MRM in their home environments, none of the healthy companion animals tested positive for methicillin-resistant bacteria. In contrast, several cases of human and infected-pet carriage of MRCoNS were documented, of which some isolates of the same sequence type and resistance profiles were present in the home environment.

Clinical MRS were primarily recovered from the infected dogs and locations in direct contact with dogs. Nonetheless, in half of the households, clinical MRS were present in locations out of reach for the dogs, indicating an indirect transmission. In terms of zoonotic transmission, clinical MRS were recovered from the noses of two owners. In addition, several cases of owners testing positive for methicillin-susceptible Staphylococcus pseudintermedius (MSSP) was documented. In all the cases, MSSP was not recovered the following day, indicating that the human carriership was temporary. The resilience of clinical MRS was demonstrated by their presence in the home environment, despite infection recovery, cleaning measures, and the euthanization of one dog.

In summary, the findings in this thesis have illuminated our immediate surroundings as reservoirs for AMR. The study contributes to a broader knowledge base for studies and risk assessments regarding AMR transmission in the interface between humans, companion animals, and home environment.

Antibiotikaresistens er utbredt i alle sektorer innebefattet av Én Helse-begrepet: Mennesker, dyr og miljø. Allikevel er det mye man ikke vet om reservoarer for antibiotikaresistens i våre nærmeste omgivelser. Denne avhandlingen undersøker derfor kjæledyrs og hjemmemiljøets rolle som reservoar for antibiotikaresistensgener, meticillinresistente stafylokokker (MRS) og mammalikokker (MRM). I tillegg fokuserer avhandlingen på overføringspotensialet til MRS fra kjæledyr til eiere og deres omgivelser.

Avføringsprøver fra friske kjæledyr og eiere har blitt undersøkt for antibiotikaresistensgener. I tillegg har mennesker, kjæledyr og hjemmemiljøet fra ulike typer husholdninger blitt screenet for meticillinresistente stafylokokker og mammalikokker. Videre ble bakterieisolater fenotypisk og genotypisk analysert for identifisering av art, sekvenstype, SCCmec-kassett, samt virulens- og resistensgener.

Gjennom analysen av hundeavføringsprøvene avdekket vi en høy frekvens av aminoglykosidresistensgener og mecA, genet som gir meticillinresistens. Hunder og eiere bar på mange av de samme resistensgenene på gruppenivå, men innad i husholdningene var det kun en moderat andel av resistensgener til felles, noe som tyder på et lavt overføringsnivå mellom hund og menneske. Interessant nok, fant vi at eldre hunder hadde flere resistensgener til felles med eierne sine enn yngre hunder.

Studien har videre dokumentert at meticillinresistente koagulasenegative stafylokokker (MRKNS) og MRM nærmest er ubikvitære i hjemmemiljøer uavhengig av type husholdning og bærerskapsstatus hos menneske/kjæledyr. Flertallet av miljøisolatene var multiresistente. Til tross for den høye forekomsten av MRKNS og MRM i hjemmemiljøet var det ingen av de friske kjæledyrene som testet positivt for MRKNS eller MRM. I stedet avdekket vi flere humane tilfeller av bærerskap, samt flere hunder som i tillegg til å ha en pågående infeksjon med meticillinresistente Staphylococcus pseudintermedius bar på MRKNS.

Kliniske MRS ble hovedsakelig funnet på hundene med pågående infeksjon og på steder disse hundene hadde direkte kontakt med. Vi fant også kliniske MRS på steder utenfor rekkevidde for hundene, noe som tyder på at det har forekommet indirekte overføring av bakteriene innad i husholdningen. Når det gjelder zoonotisk overføring, avdekket vi to tilfeller av humant bærerskap av kliniske MRS. I tillegg registrerte vi flere tilfeller der eiere testet positivt for meticillinsensitive S. pseudintermedius (MSSP). Vi kunne imidlertid ikke påvise noen tilfeller av humant bærerskap av MSSP over flere dager på rad, noe som indikerer at bærerskapet kun var midlertidig. De kliniske MRSenes motstandsdyktighet manifesterte seg ved at de kunne påvises i hjemmemiljøet flere uker uten kliniske symptomer eller tilstedeværelse av hund.

Kort oppsummert har studien belyst våre nærmeste omgivelsers rolle som reservoar for antibiotikaresistens. Funnene i studien bidrar til et bedre kunnskapsgrunnlag for utredning av risiko for overføring av resistens i krysspunktet mellom menneske, kjæledyr og hjemmemiljø.