أخبار الشركة عن mBio. باستخدام تكنولوجيا الجينوم لتقييم مقاومة مضادات الميكروبات من E. coli في الخنازير في شرق الصين على مدى 12 سنة

أدى الإفراط في استخدام المضادات الحيوية في الطب والزراعة إلى ظهور مقاومة مضادات الميكروبات، وهو تهديد خطير للصحة العامة.ركزت الأبحاث الحالية إلى حد كبير على البيئات السريرية، مع عدم وجود أبحاث كافية في دراسة خصائص مقاومة Escherichia coli من الحيوانات المريضة ، وخاصة خطر انتقال الحيوان إلى الإنسان.

مؤخراً، a research team from the Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine of the Zhejiang Academy of Agricultural Sciences and the School of Life Sciences of the University of Science and Technology of China published a new study in the journal mBioباستخدام التكنولوجيا الجينومية، قامت هذه الدراسة بتحليل مقاومة المضادات الحيوية لـ 114 سلالة من Escherichia coli من الخنازير المريضة التي تم جمعها على مدى فترة 12 عامًا في شرق الصين.لأول مرة، سلالات E. coli (ETEC) التي تحمل كل من جينات mcr-1 و mcr-3.

مقدمة

أدى الاستخدام غير المناسب للمضادات الحيوية في تربية الماشية والرعاية الصحية إلى انتشار واسع للبكتيريا المقاومة للأدوية التي تحمل "جينات مقاومة فائقة" (مثل blaNDM ، mcr-1 ،و tet ((X4))وقد أدى هذا إلى إضعاف فعالية "المضادات الحيوية في الملاذ الأخير" وأدى إلى نقص في الأدوية الجديدة، مما خلق مشكلة خطيرة.

يمكن أن تسبب E. coli، باعتبارها مسببات الأمراض الحيوانية الرئيسية، مرضًا وتنتشر الجينات المقاومة للأدوية عبر النظم الإيكولوجية (مثل تلك التي تحمل الجينات عالية الخطورة blaNDM-5، mcr-1، و tet ((X4/X5)).الآثار المشتركة لعدوى مرتفعة ومقاومة متعددة للأدوية تفاقم الخطرتسلسل الجينوم بأكمله (WGS) هو تقنية رئيسية لتحديد جينات مقاومة الأدوية والمرض، مما يوفر أساسًا للوقاية من الأمراض البشرية والحيوانية ومكافحتها.

نتائج البحث

1انتشار الكولي في هذه الدراسة

كما هو موضح في الشكل 1A، قامت هذه الدراسة بتحليل 114 عزل من E. coli من الخنازير المريضة والميتة من 82 مزرعة في 11 مدينة في مقاطعة تشيجيانغ بين عامي 2010 و 2021.التهاب العضلات، والتهاب الكبد.

كما هو موضح في الشكل 1B ، كشف التحليل الجيني عن 39 نوعًا من التسلسلات (STs) ، منها ST88 (مثل 15.8٪) كان الأكثر شيوعًا. لوحظ أعلى تنوع ST في شاوكسينغ وهانغتشو.العديد من STs تعايشت عبر السنوات والمدنبعض أنواع ST (مثل ST88) كانت منتشرة باستمرار على مدى فترة تسع سنوات، في حين ظهرت أنواع أخرى (مثل ST117 و ST48) فقط خلال فترات محددة. كان تحديد العينات موثوقًا.,والفروق الصغيرة بين السلالات بين السلالات تشير إلى احتمال انتقال بين المزارع والتغيرات الزمنية.

الشكل الأول: الخصائص الوبائية لـ 114 عزل من إشريكيا كولاي

الشكل أ: توزيع وعصر أخذ العينات في مقاطعة تشيجيانغ (المؤشرات الزرقاء)

الشكل ب: ارتباط السلالات بالمدينة والسنة والجينات عالية الخطورة المقاومة للأدوية. يعادل سمك الخط عدد السلالات.

الشكل ج: الحد الأدنى لشجرة المدى التي تم بناؤها بناءً على MLST. يمثل حجم العقدة عدد السلالات ، ويعكس طول الفرع الاختلاف الجيني.

الاستنتاج: عزلات E. coli من الخنازير المصابة في تشيجيانغ أظهرت تنوع وراثي كبير (39 نوع ST).الاختلافات الوراثية الدقيقة بين السلالات تشير أيضاً إلى خطر انتقال بين المزارعسلالة ST88 أظهرت نشاطاً وبائيّاً مستمرّاً لمدة تصل إلى تسع سنوات.

الشكل 2. ANI من 114 E. coli العزلات

يتم وضع أسماء سلالات E. coli المعزولة من عام 2010 إلى عام 2017 بالأزرق، وتتم وضع أسماء سلالات E. coli المعزولة من عام 2018 إلى عام 2021 بالأزرق.

2تحليل المقاومة المضادة للميكروبات لـ 114 E. coli Isolates

أظهرت العزلات 114 E. coli من الخنازير المريضة عموما مقاومة متعددة للأدوية الشديدة (99.12٪ كانت مقاومة لثلاثة فئات من الأدوية أو أكثر (الشكل 3B)).المقاومة للآمبيسيلين والمستحضرات المختلطة وصلت إلى 100%في عام 2018، ارتفع معدل مقاومة الكولستين (15.5% في جميع أنحاء العالم) ، وارتفع معدل مقاومة الكولستين في جميع أنحاء العالم.71%) انخفضت بشكل كبير عن الفترة السابقة (29.55%) (كما هو موضح في الشكل 3C، 2018-2021). ومع ذلك، ارتفع معدل مقاومة فلورفينيكول إلى 94.29٪، في حين ظلت معدلات المقاومة للأدوية الأخرى مستقرة نسبياً.قد يكون هذا التغيير الديناميكي مرتبطًا بتعديلات في سياسات الأدوية.

الشكل 3. مقاومة الميكروبات المضادة لـ 114 عزل من E. coli

الشكل أ: معدلات مقاومة 114 عزل لـ 13 مضاد حيوي. الشكل ب: توزيع سلالات مقاومة للعديد من الأدوية.

الشكل ج: مقارنة التغيرات في معدلات المقاومة بين 2010-2017 و 2018-2021، مع اختبارات تشي مربع تستخدم لتحليل أهمية الاختلافات.

الاستنتاج: كانت المقاومة المتعددة للأدوية شديدة منتشرة في E. coli المعزولة من الخنازير المريضة في مقاطعة تشيجيانغ ، مع مقاومة الكولستين بشكل بارز بشكل خاص.بعد الحظر في عام 2017، انخفضت معدلات المقاومة بشكل ملحوظ، في حين زادت مقاومة فلورفينيكول.

3وصف الخصائص الجينومية المرتبطة بـ AMR في عزلات E. coli

ووجدت الدراسة أن 114 عزل من E. coli من الخنازير المريضة تحمل في المتوسط 4. 9 بلاسميدات ، حيث أن بلاسميد IncFIB هو الأكثر شيوعًا (78. 07% من السلالات).جميع السلالات تحتوي على جينينين على الأقل لمقاومة الأدوية (ARGs)، و80.7 ٪ يحتوي على أكثر من 10 ARGs ، مع mdf ((A) ، tet ((A) ، floR ، و sul2 الأكثر انتشاراً. كشفت النتائج الرئيسية عن علاقات قوية بين البلازميدات المحددة وجينات مقاومة الأدوية (مثلg.، IncHI2 نوع مع aadA2b/sul3/tet ((A) ، و IncI2 نوع مع mcr-1) ، وأكدت التجارب أن البلازميدات IncI2 يمكن أن تساعد بفعالية في نقل جين mcr-1 بين السلالة.

الشكل الرابع: نتائج التنبؤ بجينات المقاومة المكتسبة في 114 عزل من Escherichia coli

الشكل 5. معامل الارتباط بين ARGs و replicons البلازميد في 114 E. coli العزل

الاستنتاج: البكتيريا القولونية من الخنازير المريضة تحمل عادةً العديد من البلازميدات ويتم تخصيبها بجينات المقاومة.وقد تبين أن البلازميدات IncI2 هي ناقلات فعالة للغاية لنقل الأفقي لجين المقاومة الرئيسي mcr-1.

4تحديد الخصائص الجينومية المرتبطة بالعدوى في عزلات E. coli

ووجدت الدراسة أن جميع العزلات 114 من البكتيريا الكولية التي تم تحليلها تحمل جينًا واحدًا على الأقل للعدوى ، مع ما يقرب من 80٪ يحملون 10 على الأقل. من بين هذه الجينات ، كان جين terC هو الأكثر شيوعًا (99.12٪).تليها جين traT (81.58٪) ، وظهرت جينات الفيروسية الرئيسية الأخرى ، stb ، sta1 ، stx2A ، stx2B ، و astA ، في 24.56٪ إلى 36.84٪ من العزلات.كشف التحليل عن وجود ارتباط كبير بين أنواع سلالات محددة (أنواع ST) وبعض جينات الفيروس: ST501 كان مرتبطاً بـ stb و sta1، ST100 بـ astA و stb، و ST88 و ST4214 بـ stb و sta1 و stx2A و stx2B.تم ملاحظة علاقات مشتركة هامة بين astA و stb، وبين stb، sta1، stx2A، و stx2B. كما حددت الدراسة 28 من سلالات Escherichia coli المنتجة لسم Shiga (STEC) ، و 43 من سلالات Escherichia coli المثيرة للاكتئاب (ETEC) ،و إشريكيا كولاي (EPEC) المنتجة.

الشكل 6. نتائج التنبؤ بالجينات الفيروسية لـ 114 E. coli Isolates

تشير الشبكات الحمراء إلى الجينات المعروفة عالية الخطورة من E. coli ، في حين تشير الشبكات الوردية إلى جينات العدوى الشائعة.

الاستنتاج: يحتوي E. coli المعزول من الخنازير المريضة عادةً على جينات متعددة للعدوى. ترتبط أنواع سلالات محددة (مثل ST501/ST100) ارتباطًا كبيرًا بجينات السموم الرئيسية ،والأنواع الفرعية المسببة للأمراض مثل STECتم تحديد ETEC و EPEC بنجاح.

5- الخصائص الجينومية للبلازميدات الحاملة لـ mcr-1 و mcr-3

كشفت الدراسة أن سلالات إيكولا كولاي اثنين تحمل كل من جينات mcr-1 و mcr-3.الذي له بنية بسيطة وإمكانات نقل عالية، بينما يقع mcr-3 على بلاسميد IncHI2 ، وهو معقد ومتنوع ويحمل جينات مقاومة للعقاقير المتعددة.

الشكل 7. تحليل مقارن للبلازميدات التي تحمل mcr و tet (((X4) مع البلازميدات التي تم الإبلاغ عنها سابقًا باستخدام أدوات BLAST.

الاستنتاج: تم العثور على جينات mcr-1 و mcr-3 في E. coli على البلازمتين البسيطة من الناحية الهيكلية (IncI2) والمعقدة (IncHI2) ، على التوالي ،تشير إلى آليات مختلفة لنقل جين المقاومة.

6. الخصائص الجينومية للبلازميدات الحاملة لـ tet ((X4)

ووجدت الدراسة أن سلالتين من البكتيريا الكولاي المقاومة للتجيسيكلين تحملان بلازماتين tet ((X4) مختلفتين من الناحية الهيكلية: البلازما الصغيرة p626A1-38K-tetX4 (نوع IncX1 ، بنية بسيطة ،يحتوي على tet ((X4) و floR) والبلازميد الكبير p802A1-191K-tetX4 (النوع المعقد)، يحتوي على tet ((X4) وخمسة جينات مقاومة أخرى) ، وكلاهما يشبه العمود الفقري للبلازميدات الوبائية المعروفة،وهناك مناطق متنقلة حول tet ((X4) تحتوي على جينات مقاومة متعددة وتسلسلات إدراج، مما يشير إلى خطر انتقال عال.

الشكل 8 تحليل البيئة الوراثية للجين

ج: البيئة الوراثية للجين *mcr-3* في البلازمايد p204A1-223K-mcr3 و p602A1-220K-mcr3؛

ب: البيئة الوراثية لجين *mcr-1* في البلازميدات p204A1-63K-mcr1 و p602A1-65K-mcr1.

الاستنتاج: وجدت هذه الدراسة أن البلازميدين tet (((X4) المختلفتين من الناحية الهيكلية التي يحملها E المقاوم للتيجيسيكلين.الكولي كلاهما يمتلك خصائص العمود الفقري مماثلة لتلك الموجودة في البلازميدات السائدة ويحتوي على مناطق متنقلة تحيط بالجينات، مما يشير إلى وجود خطر كبير للانتقال.

الاستنتاجات

وجدت هذه الدراسة مقاومة واسعة النطاق للعقاقير المتعددة (بما في ذلك للأدوية الأخيرة) في Escherichia coli المعزولة من الخنازير المريضة في شرق الصين. جينات المقاومة الرئيسية ، mcr-1 / mcr-3 / tet ((X4) ،تم نقلها عن طريق بلاسميد معقد (نوع IncI2/IncHI2). This confirms that plasmids are the core vectors of drug resistance transmission and urges immediate intervention to prevent the spread of drug-resistant bacteria from animals to humans and the environment.