TRANSFERABLE DRUG RESISTANCE IN SALMONELLA IN SOUTH AND CENTRAL AMERICA1 PHARMACORÉSISTANCE TRANSFÉRABLE CHEZ LES SALMONELLA EN AMÉRIQUE CENTRALE ET EN AMÉRIQUE DU S U D 1 The phenomenon of transferable drug resistance in the entero bacteria, first discovered in Japan in 1959 and 1960, has raised serious problems in the therapy of infections with the pathogenic and opportunist pathogenic enterobacteria. These problems were first apparent when shigella in Japan became resistant to tetra cyclines, streptomycin, sulphonamides and chloramphenicol, precisely the drugs that were being used for the treatment of bacillary dysentery. An extensive outbreak of Salmonella typkimurium phage type 29 infection in cattle, and thence in man in Great Britain, lasted from 1963 to 1970. It initially resulted from the introduction of type 29 into intensive-rearing calf units where it caused a high morbidity and mortality in the animals. Infection was spread throughout Britain by the distribution of infected calves. Many human cases occurred. Studies of this outbreak showed that it was almost certainly caused by a clone of type 29 o f S . typhimurium, that is, the progeny of a single organism. Further experience has strengthened the hypothesis that widespread outbreaks of infection with drug-resistant pathogens are caused by such clones. Le phénomène de la pharmacorésistance transférable chez les entérobactéries, découvert au Japon en 1959 et 1960, complique sérieusement le traitement des infections dues aux entérobactéries obligatoirement ou facultativement pathogènes. Le problème est apparu au Japon lorsque des shigella sont devenues résistantes aux tétracyclines, à la streptomycine, aux sulfamides et au chloramphénicol, c ’est-à-dire précisément aux médicaments alors utilisés pour le traitement de la dysenterie bacillaire. E n Grande-Bretagne, une vaste poussée d ’infection à Salmonella typhimurium, lysotype 29, a sévi chez les bovins, qui causèrent une poussée humaine, entre 1963 et 1970. Due initialement à l’introduction du lysotype 29 dans des unités d ’élevage intensif de veaux, chez lesquels elle a provoqué une morbidité et une mortalité élevées, elle a ensuite été propagée dans toute la Grande-Bretagne par des veaux infectés. De nombreux cas ont été observés chez l’homme. Les enquêtes ont montré que cette flambée était presque certainement due à un d one de S. typhimurium type 29, c'est-à-dire aux descendants d ’un organisme unique. Les observations faites ultérieurement ont renforcé l’hypo thèse selon laquelle d ’importantes poussées d ’infections dues à des agents pathogènes pharmacorésistants sont imputables à des clones de ce genre. On est aujourd’hui bien renseigné sur la poussée due à Shigella dysenteriae 1 qui s’est produite en Amérique centrale. Le micro organisme était résistant au cbloramphénicol, à la streptomycine, aux sulfamides et aux tétracyclines. L’infection a provoqué plus de 12 000 morts au Guatemala en 1968-1969, et elle s’est également pro pagée au Mexique. En 1972, des souches de S. typhi résistantes au chloiamphénicol sont apparues au Mexique, en Inde et au Viet-Nam. Plus de 10 000 cas ont été enregistrés en 1972 au Mexique, où la poussée n ’a pas encore été complètement résorbée. Cinquante-deux Américains, deux Anglais et un Suisse ayant séjourné au Mexique ont été infectés, et l’un des Américains est décédé. Le microorganisme appartenait à une souche de type Vi dégradé qui a donné un schéma lytique facilement 1 Etude faite par le D1 E. S. Anderson, Directeur du Centre international de Référence pour la Lysoiypie des Entérobactéries, Londres. Les cultures utilisées pour cette étude ont été fourmes par les médecins suivants: Dr J. Hernan Lobos, Santiago, Chili; D* G. A. Costa, Rio de Janeiro, Brésil; D[ M. Magalhâes, Recife, Brésil; D ' C. A. Peluffo, Sâo Faulo, Brésil; Dr. W. Brizuela, Cordoba, Argentine; Dc G. Pncto, Maracaibo, Venezuela; Dc J. Olarte, Mexico, Mexique,
The Central American outbreak with Shigella dysenteriae 1 is now well documented. The organism was resistant to chloramphenicol, streptomycin, sulphonamides and tetracyclines. It caused over 12000 deaths in Guatemala in 1968-1969, and also spread to Mexico. In 1972 chloramphenicol-resistant S . typhi appeared in Mexico, India and Viet-Nam. There were over 10 000 cases during 1972 in the Mexican outbreak, which has not yet subsided completely. Fifty-two American, two English and one Swiss visitors to Mexico were infected with this strain, and one American case died. The organism belonged to a degraded Vi-strain which yielded an easily recognizable pattern o f lysis with the Vi-typing phages. It was 1 Study cuned out by Dr E. S. Anderson, Director, International Reference Centre for Enteric Phage-Typmg, London. Cultures for tins study were provided by the following: Dr I. Heman Lobos, Santiago, Chile; Dr G. A. Costa, Rio de Janeiro, Brazil; Dr M. MagaMes, Recife, Brazil; Dr C. A. Peluffo, Slo Paulo, Brazil, D r W. Brizuela, Cordoba, Argentina; Dr G. Prieto, Maracaibo, Venezuela; D r J. Olarte, Mexico City, Mexico.
Epidemiological notes contained in this number;
Informations épidémiologiques contenues dans ce numéro:
Influenza, Transferable Drug Resistance in Salmonella, Typhoid Fever. Liste of Infected Areas, p. 70.
Fièvre typhoïde, grippe, pharmacorésistance transférable chez les salmonella. Liste des Zones infectées, p. 70.
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resistant to chloramphenicol, tetracyclines, streptomycin and sulphonamides. The chloramphenicol m inim al inhibitory concentra tion was 150 fig/ml as compared with 1-3 |ig/ml for sensitive S . typhi. The disease could not therefore be treated with chloramphenicol: ampidllin was used, but it is not the drug of choice for typhoid fever. The Indian outbreak occurred at Kerala.1 It was apparently small, but the epidemiological details available are meagre. The organism was different from the Mexican strain and belonged to Vi-phage type D l-N . However, the R factor concerned was similar to that in the Mexican outbreak. F o r the chloramphenicol-resistant Viet-Nam typhoid strains, the R factor concerned was similar to that in Mexico and India, and coded for the same resistances. During the past three o r four years outbreaks of salmonella infection, especially with S . typhimurium, but also with other sal monella such as S . saintpaul, have presented a problem in paediatric units in South and Central America. The outbreaks are character ized by severe infection, and septicaemia and meningitis are common. The case-mortality rate may exceed 20 %. The salmonella concerned present the following features : 1) They are predominantly involved in paediatric infection. 2) They are highly communicable, so that the morbidity rate may reach 50%. 3) They cause severe infections. 4) They are resistant to a multiplicity of antibiotics. In the Enteric Reference Laboratory we have studied cultures from the countries shown in Table 1. ‘ See No. 48, 1973. p. 451.
reconnaissable avec les phages Vi. Cette souche était résistante au chloramphénicol, aux tetracyclines, à la streptomycine et aux sul famides. Pour le chloramphénicol, la concentration minimale in hibitrice qui varie de 1 à 3 [ig/ml pour les souches sensibles, attei gnait 150 pg/ml. Faute de pouvoir utiliser ce produit, on a eu recours à l’ampicilline, bien que ce ne soit pas le médicament de choix de la fièvre typhoïde. En Inde, la poussée s’est produite au Kerala.1 Elle a été apparem ment limitée, mais on ne sait pas grand-chose de son épidémiologie. Le microorganisme, qui appartenait au lysotype Vi, D l-N , était différent de la souche mexicaine, mais les facteurs de résistance (facteurs R) étaient analogues. Pour les souches de S . typhi résistantes au chloramphénicol appa rues au Viet-Nam, le facteur R était semblable à celui du Mexique et de l’Inde, et codait pour les mêmes résistances. Depuis trois ou quatre ans, des poussées de salmonelloses, dues principalement à S . typhimurium, mais aussi à d ’autres salmonella telles que S . saintpaul, causent des difficultés aux services de pédiatrie d ’Amérique centrale et d ’Amérique du Sud. Elles se caractérisent par la sévérité de l’infection, les cas de septicémie et de méningite étant fréquents. Le taux de létalité peut dépasser 20% . Les sal monella responsables de ces poussées présentent les caractères suivants: 1) Elles s’attaquent surtout aux enfants. 2) Elles se transmettent très facilement, de sorte que le taux de morbidité peut atteindre 50%. 3) Elles causent des infections sévères. 4) Elles sont résistantes à de nombreux antibiotiques. Au laboratoire du Centre de Référence, nous avons étudié des cultures provenant des pays indiqués au Tableau 1. •VoirN» 48, 1973, p. 451.
Table 1. South and Central American Drug-Resistant Salmonella Tableau 1. Salmonella pharmacorésistantes d’Amérique centrale et d ’Amérique du Sud No. of cultures Nombre de cultures
Country — Pays
Seroiypes — Sérotypes
Chile — C h i l i .......................
57 2
2 2 ï 64 Brazil — B résil....................... Uruguay * ....................... ... . Paraguay * . . . . . . . . 86 31 3 85 2 87 V en ezu ela............................... 47 11 10 29 97 Mexico — M exique............... 100 2 1 1
S. S. S. S. S.
typhimurium newport newington anatum unidentified
S, typhimurium S. typhimurium S . typhimurium S. typhimurium S. infantis
Argentina — Argentine . . .
S. saintpaul S. typhimurium S. java Various serotypes Différents sérotypes
S. typhimurium S. derby S. m rtkngton S. saintpaul 104
T o t a l .......................................
472
* Strains seat by Dr C. A. Peluffo, Sào Paulo, * Souches envoyées par le Dr C A. Peluffo, SSo Paulo,
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The consolidated results of our resistance studies on these strains are given in Tables 2 and 3. Table 2 shows the range o f resistances identified in these cultures. O f472 cultures examined, 431 (91.3%) were drug-resistant. Sixtythree spectra o f resistance (R-types) were identified. However, three R-types comprised 55.7% of the resistances: ACKSSuTNx with 26.5%; ACKSSuT with 21.6%; and AK with 7.6%. The resistances found were those to the commonly used drugs. Table 2.
Les résultats de nos études sur la résistance de ces souches sont systématiquement regroupés dans les Tableaux 2 et 3. Au Tableau 2 sont présentés les divers types de résistance obser vés. Sur 472 cultures examinées, 431 (91,3%) étaient pharmacorésistantes. On a identifié 63 spectres de résistance différents, mais trois d ’entre eux représentaient 55,7% du total: ACKSSuTNx (26,5%), ACKSSuT (21,6%) et AK (7,6 %). Il s’agit de résistances aux médica ments courants.
Range of Drug Resistance of Salmonella from Human Infection in South and Central America, 1971-1973 (472 Cultures Examined, 431 (91.3%) Drug-Resistant, 41 (8.7%) Drug-Sensitive; 63 R-types)
Tableau 2. Types de pharmacorésistance des salmonella ayant provoqué une infection c h » l’homme en Amérique centrale et en Amérique du Sud, 1971-1973 (472 cultures examinées, dont 431 (91,3%) pharmacorésistaotes et 41 (8,7%) pbarmacosensibles; 63 spectres de résistance) R-type Spectre de resistance No. Nbrc R-type Spectre de résistance No. Nbre R-type Spectre de résistance No. Nbre R-type Spectre de résistance No. Nbre R-type Spectre de résistance No.
N bre 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ACKSSuTNx ACKSSuT AK ACKSSuTFu ANx A ASSuNx AKSSuT AKSu ACKSSuNx ACKSSuTG ACSSuT ASSu
114 93 33 15 13 12 9 8 7 6 6 6 6
ACKTFu ASSuT ASu Su ACKS ACKST ACKT AKNx CKSSuTTmNx SSuT
5 5 5 5 4 4 4 4 4 4
ACKSSu AKSSu AKSSuTNx AKSTNx CKT ACK ACSuT ACSSuTNx CKTFu CKSSuTNx S SSuTFuNx ST SuTm
3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2
AC ACKSSuTFuNx ACKSSuTTmNx ACKSuT ACKSuTFuNx ACKSuTNx ACS ACSSu AKS AKSNx AKSSuFu AKSSuTFu AKST
î i î î î î î î î î î i î
AKSuNx AKSuFuNx AS AT ACKSTmNx CSNx CSSuTNx K SNx SSu T Tm Nx
ACKSSuTNx : 114 - 26 5% ACKSSuT : 93 = 21 6% AK : 33 - 7.6% 240 = 55 7% Three R-typcs only coroutine 55.7 % of total. Trois spectres de résistance représentent a eux seuls 55,7 % du total
A C K S Su T G Tm Fu Nx
— ampicUlin — ampicilline = chloramphenicol — chloramphenicol = Qeomycm-kananiycm — néomycme-kanaiiiycme — streptomycin — streptomycine = sulphonamides — sulfamides — tetracyclines — tétracyclines = gentamicin — gentamicine •» trimethoprim — trunéthopnme — furazolidone = nalidixic acid — acide nalidixique
Table 3 analyses the incidence of resistance in terms o f the fre quency of occurrence of each resistance, and of the multiplicity of resistance.
Le Tableau 3 indique la fréquence d ’apparition de chaque type de résistance et celle des cas de résistance multiple.
Table 3. Drug Resistance of Salmonella from Human Infection in South and Central America, 1971-1973 Tableau 3. Pharmacorésistance des salmonella ayant provoqué une infection chez l ’homme en Amérique Centrale et en Amérique du Sud, 1971-1973 Total Number of Strains Nombre total de souches Drug-Resistant Souches pharmacorésistantes Number Resistant to — Nombre de souches résistantes à Number Resistant to Nombre de souches résistantes à
i A K Su
2
S
T
c
Nx
Fu
Tm
G 6
4 5 6 3 drugs — médicaments
7
8
472
431 (91.3%) % of resistant salmonella % des salmonella résistantes % of total salmonella % des salmonella totales
395 342 324 321 299 288 174 69 67 40
29
9
23
60
29
33
35 109 140 2
92
79
75
74
7
2
1
5
14
7
8
8
25
32 0.5
84
72
69
68
63
61
37
6
2
1
5
13
6
7
7
23
30 0.4
A C K S Su
= ampicilUn — ampicilline b chloramphenicol — chloramphenicol ss neomyem-kanamyem — néomycine-kanamycme es streptomycin — streptomycine sulphonamides — sulfamides
T G Tm Fu Nx
■ » tetracyclines — tétracyckues - gentamicin — gentamicine ■ = trimethoprim — triméthoprime - furazolidone — nalidixic acid — acide nalidixique
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The commonest resistance is that to ampicillin (92% o f resistant strains) and the next commonest that to neomycin-kanamycin (79 %). However, resistance to sulphonamides (75 %), streptomycin (74%), tetracyclines (69%), chloramphenicol (67 %) and nalidixic acid (40%) are all frequent. Furazolidone (7%), trimethoprim (2%) and gentamicin (1 %) resistances are much rarer. The frequency of incidence of particular resistances shown in Table 2 probably reflects the proportionate use of the drugs con cerned. Although ampicillin resistance is commonest, the high incidence of resistances to neomycin-kanamycin, sulphonamides, streptomycin, tetracyclines, chloramphenicol and nalidixic acid indicate that multiple resistance should be frequent The righthand section of Table 3 confirms this strikingly, since it shows that 32% and 25% of resistant cultures are resistant to seven and six drugs respectively, a very high figure. Transfer studies of the strains from South and Central America are summarized in Table 4.
En tête viennent les résistances à l’ampicilline (92% des souches résistantes) et à la néomycine-kanamycine (79%). Les cas de résis tance sont également fréquents pour les sulfamides (75 %), la strepto mycine (74%), les tétracyclines (69 %), le chloramphénicol (67 %) et l’acide nalidixique (40%); ils sont beaucoup plus rares pour la furazolidone (7%), le triméthoprime (2%) et la gentamicine (1%.) La fréquence d ’apparition de certains types de résistances ( Tableau 2) est vraisemblablement fonction de la fréquence d ’utilisation des médicaments correspondants. La résistance à l’ampicilline est certes la plus courante, mais le nombre des cas de résistance à la néo mycine-kanamycine, aux sulfamides, à la streptomycine, aux tétra cyclines, au chloramphénicol et à l’acide nalidixique donne à penser qu’il y a souvent résistance multiple. La colonne de droite du Tableau 3 le confirme d'ailleurs très nettement, puisqu’il apparaît que 32% et 25% des cultures résistantes le sont respectivement à sept et à six médicaments, ce qui représente un chiffre très élevé. Les résultats des études de transfert chez les souches d ’Amérique centrale et d ’Amérique du Sud sont résumés au Tableau 4.
Table 4. Resistance Transfer in Salmonella from Human Infection in South and Central America, 1971-1973 Tableau 4. Transfert de la résistance chez les salmonella ayant provoqué une infection chez l’homme en Amérique centrale et en Amérique du Sud, 1971-1973 Strains with Transferable or Mobilisable Drug Resistance Souches présentant une pharmacorésistancc transférable ou mobilisable
Country — Pays
Drug-Resistant Strains Souches pharmacorésistantes
Chile — C h i l i ....................... Brazil — B résil....................... U r u g u a y ............................... P a r a g u a y ............................... Argentina — Argentine . . . V enezuela............................... Mexico — M exique................
64 84 31 3 86 72 91
61 83 31 3 82 65 91
Total .......................................
431
416 (96.6%)
The great majority of the cultures examined transferred some or all o f their resistances directly to Escherichia coll K12, but some resistances needed mobilization by transfer factors before transfer could be effected, that is, the original host cells carried determinants for multiple resistance but not transfer factors. The S. typhimurium strains from Chile belonged to phage type 12, and it could be accepted that they represented a single line. Those from Argentina, Uruguay and Paraguay belonged to different types from the Chilean cultures and were therefore independent of the latter in origin. The phage-typing results on the cultures from the countries east of the Andes, and those from Mexico, suggest that some may have a common origin, but this problem is still under investigation. It has already been pointed out that the disease caused by these multi-resistant salmonella is severe, and the possibility must be considered that the strains may have acquired determinants for virulence, as well as drug resistance, as the result of transfer factor activity, though there is so far no experimental evidence to support this hypothesis. On the other hand, the indiscriminate use of antibiotics in the affected patients may influence adversely the course of the infection if the organisms possess the corresponding resistance^). The appearance of the drug-resistant salmonella described above is the result of the prolonged imprudent use of the drugs against which these strains are resistant. Although improved hygiene and
La grande majorité des cultures examinées ont transféré tout ou partie de leurs résistances directement à Escherichia coli K12, mais dans certains cas — lorsque les cellules hôtes originelles possédaient les déterminants d ’une résistance multiple mais pas les facteurs de transfert — seulement après mobilisation préalable au moyen de ces facteurs. Les souches de S. typhimurium provenant du Chili appartenaient au lysotype 12, et l’on peut considérer qu’elles représentaient une seule lignée. Les souches d ’Argentine, d ’Uruguay et du Paraguay n ’étaient pas du même type que les cultures chiliennes et avaient donc une origine distincte. Les résultats de la lysotypie faite sur tes cultures provenant des pays situés à l'est des Andes, ansi que du Mexique, laissent supposer que certaines pourraient avoir une origine commune, mais la question est encore à l’étude. On a déjà vu que ces salmonella multirésistantes provoquent une infection sévère, et il n ’est pas exclu qu’en dehors de leur pharmacorésistance elles aient acquis sous l’action des facteurs de transfert les déterminants d ’une certaine virulence, mais cette hypothèse n’a encore fait l ’objet d ’aucune vérification expérimentée. D ’autre part, il se peut que l’administration inconsidérée d ’antibiotiques aux malades influe défavorablement sur l'évolution de l’infection si tes germes possèdent la ou les résistances correspondantes. L’apparition des salmonella pharmacorésistantes dont il est question ici est consécutive à l’usage prolongé et inconsidéré des médicaments vis-à-vis desquels ces souches sont devenues résistantes.
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barrier-nursing may limit the spread of these organisms in their human hosts, it is unlikely that they will be overcome unless the selective pressure of antibiotics, which has caused their emergence, is lifted. When epidemics such as those described arise, therefore, one of the measures adopted for their control should be the with drawal from use of all the antibiotics concerned. In general terms, antibacterial drugs should be available only on prescription and the attention of medical and veterinary practitioners should be drawn to the need for exercising much more discrimination in the use of these drugs.
L’amélioration des conditions d’hygiène et l’isolement des malades pourront peut-être circonscrire leur propagation chez l’hôte humain, mais il est peu probable qu’on parvienne à les éliminer, à moins que la pression sélective des antbiotiques, qui est à l’origine de leur appa rition, ne cesse de s’exercer. L ’une des mesures à prendre pour jugu ler les épidémies qu'elles provoquent consiste donc à retirer de la circulation tous les antibiotiques en cause. En règle générale, les antibactériens ne devraient d’ailleurs être délivrés que sur ordon nance médicale, et il serait bon d ’appeler l’attention des médecins et des vétérinaires sur la nécessité d ’utiliser ces médicaments avec beaucoup plus de discernement.