Prévalence, description et facteurs de risque de l’antibiorésistance dans les fermes québécoises de bovins laitiers

Abstract

La résistance aux antimicrobiens (RAM) est un problème de santé publique mondial avec des répercussions importantes en médecine vétérinaire et humaine. Elle est classiquement associée à une surutilisation des antimicrobiens. Les bactéries commensales des animaux et des humains, tel Escherichia coli, sont souvent utilisées comme bactéries indicatrices pour surveiller la RAM. Parmi les mécanismes de résistance de E. coli, la production de β-lactamases à spectre étendue (BLSE) ou de type AmpC est particulièrement inquiétante. Ces enzymes peuvent inactiver une classe d’antimicrobien de très haute importance en santé humaine également utilisée en médecine vétérinaire : les céphalosporines de 3e génération. La prévalence générale de la RAM ainsi que la présence de E. coli producteur de BLSE/AmpC dans les troupeaux laitiers québécois sont inconnues. De plus, la transmission de ces bactéries résistantes et les facteurs de risque associés à leurs excrétions par les bovins laitiers sont actuellement peu documentés. L’objectif général de cette thèse était d’explorer la RAM par une étude transversale observationnelle sur des fermes québécoises de bovins laitiers sélectionnées aléatoirement (n = 101). La première étape du projet constituait à décrire la prévalence de cette RAM pour la bactérie E. coli isolée des matières fécales des animaux (vaches en lactation, veaux pré-sevrage) et de l’environnement (fosse à fumier). La prévalence de RAM observée pour les E. coli indicateurs était faible (<5%) pour les antimicrobiens de très haute importance en médecine humaine (céphalosporines de 3e génération et fluoroquinolones). Cependant, il y avait une prévalence élevée (85%) de fermes avec la présence d’au moins un E. coli producteur de BLSE/AmpC. La RAM était particulièrement importante pour les E. coli isolés chez les veaux pré-sevrage. Pour la deuxième étape, cette RAM était analysée au niveau génétique par le séquençage du génome entier des E. coli les plus résistants. La grande majorité de la RAM (>95%) était expliquée par des mutations ou des gènes de résistance. Certains de ceux-ci étaient à proximité l’un de l’autre et leur configuration laissait supposer qu’une partie de ces gènes étaient présents sur des éléments génétiques mobiles. De plus, il y avait une dissémination clonale de E. coli résistant entre les fermes. La dernière étape constituait à déterminer des facteurs de risque (utilisation des antimicrobiens ou pratiques à la ferme) de la RAM. Grâce à des analyses multivariées utilisant l’intelligence artificielle, il a été possible d’observer des facteurs de risque significatifs associés à la taille de la ferme et à la santé des animaux. Bref, un portrait de la situation de la RAM est maintenant établi dans les troupeaux de bovins laitiers du Québec pour 2017. Il s’agit d’un phénomène complexe qui ne se limite pas simplement à un lien direct avec l’utilisation des antimicrobiens. Ces travaux serviront de bases pour suivre l’évolution temporelle de la RAM. De plus, des études prospectives pourraient être réalisées afin de confirmer les impacts des observations notées dans cette thèse. L’ensemble de ces informations seront déterminantes en vue d’établir des mesures concrètes pour tenter de limiter cette importante problématique.

Antimicrobial resistance (AMR) is a global public health problem with major repercussions in both veterinary and human medicine. It is classically associated with the overuse of antimicrobials. Animal and human commensal bacteria, such as Escherichia coli, are often used as indicator bacteria to monitor AMR. Among the resistance mechanisms of E. coli, the production of an extended-spectrum β-lactamase (ESBL) or AmpC-type is of particular concern. These enzymes can inactivate a class of antimicrobials of great importance in human health also used in veterinary medicine: third-generation cephalosporins. The overall prevalence of AMR and the presence of ESBL/AmpC-producing E. coli are unknown in Québec dairy herds. Furthermore, the transmission of these resistant bacteria and the risk factors associated with their excretion by dairy cattle are currently poorly documented. The overall objective of this thesis was to explore AMR through an observational cross-sectional study on randomly selected Québec dairy farms (n = 101). The first step of the project was to describe the prevalence of AMR for E. coli isolated from animal feces (lactating cows, pre-weaned calves) and the environment (manure pit). The prevalence of AMR observed for indicator E. coli was low (<5%) for antimicrobials of very high importance in human medicine (third-generation cephalosporins and fluoroquinolones). However, there was a high prevalence (85%) of farms with at least one ESBL/AmpC-producing E. coli. AMR was particularly high for E. coli isolated from pre-weaned calves. In the second step, AMR was analyzed at the genetic level by whole genome sequencing of the most resistant E. coli isolates. The vast majority of AMR (>95%) was explained by mutations or resistance genes. Some of these were in close proximity to each other, and their configuration suggested that some of these genes were present on mobile genetic elements. In addition, there was clonal dissemination of resistant E. coli between farms. The final step was to identify risk factors (antimicrobial use or farm practices) for AMR. Using artificial intelligence methods for multivariate analyses, it was possible to identify significant risk factors associated with farm size and the health of animals. In summary, our results provide a portrait of the AMR situation in Québec dairy herds. This complex phenomenon is not simply limited to a direct link with antimicrobial use. This work will serve as a baseline for monitoring the temporal evolution of AMR. In addition, prospective studies could be carried out to confirm the impacts of the observations noted in this thesis. All this information will be decisive in establishing concrete measures to try and limit this major problem.