Der gegenwärtige übermäßige Einsatz von Antibiotika in der Medizin und in der Landwirtschaft hat zur Entstehung einer antimikrobiellen Resistenz geführt, die eine ernsthafte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit darstellt.Die aktuelle Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf klinische, da nicht ausreichend Untersuchungen zur Untersuchung der Resistenzmerkmale von Escherichia coli bei erkrankten Tieren durchgeführt wurden, insbesondere das Risiko einer Tier-zu-Mensch-Übertragung.
Vor kurzem, 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 mBioDiese Studie analysierte die Antibiotika-Resistenz von 114 Stämmen von Escherichia coli von kranken Schweinen, die über einen Zeitraum von 12 Jahren in Ostchina gesammelt wurden.zum ersten Mal, enterotoxigen E. coli (ETEC) Stämme, die sowohl die mcr-1- als auch die mcr-3-Gene tragen.
Einleitung
Der unangemessene Einsatz von Antibiotika in der Viehzucht und im Gesundheitswesen hat zu einer weit verbreiteten Verbreitung von medikamentenresistenten Bakterien mit "superresistenten Genen" (wie blaNDM, mcr-1,und tet ((X4))Dies hat die Wirksamkeit von "Antibiotika als letztes Mittel" geschwächt und zu einem Mangel an neuen Medikamenten geführt, was zu einem ernsten Problem führt.
E. coli kann sowohl Krankheiten verursachen als auch medikamentenresistente Gene in Ökosystemen verbreiten (z. B. solche, die die hochriskanten Gene blaNDM-5, mcr-1 und tet ((X4/X5) tragen).Die kombinierten Wirkungen der hohen Virulenz und der Multidrug-Resistenz verschärfen das RisikoDie Sequenzierung des gesamten Genoms (WGS) ist eine Schlüsseltechnologie zur Identifizierung von Arzneimittelresistenz- und Pathogenitätsgenen, die eine Grundlage für die Prävention und Kontrolle von Tier- und Menschenkrankheiten bietet.
Forschungsergebnisse
1Prävalenz von Escherichia coli in dieser Studie
Wie in Abbildung 1A gezeigt, wurde in dieser Studie zwischen 2010 und 2021 114 E. coli-Isolate von kranken und toten Schweinen aus 82 Farmen in 11 Städten der Provinz Zhejiang analysiert.Splenomegalie, und Hepatomegalie.
Wie in Abbildung 1B gezeigt, ergab die genomische Analyse 39 Sequenztypen (STs), von denen ST88 (15,8%) die häufigste war.Mehrere STs koexistierten über Jahre und Städte hinweg. Einige ST-Typen (wie ST88) waren über den Zeitraum von neun Jahren durchweg verbreitet, während andere (wie ST117 und ST48) nur in bestimmten Zeitabschnitten auftraten.,Dabei wurden die Ergebnisse der Studie in den folgenden Bereichen untersucht:
Schaubild 1. Epidemiologische Merkmale von 114 Escherichia coli-Isolaten
Abbildung A: Probenahmeverteilung und -zeit in der Provinz Zhejiang (blaue Markierungen)
Abbildung B: Assoziation von Stämmen mit Stadt, Jahr und hochriskanten Arzneimittelresistenzgenen.
Abbildung C: Mindestspannbaum auf der Grundlage von MLST. Knotengröße repräsentiert die Anzahl der Stämme und Zweiglänge spiegelt die genetische Variation wider.
Schlussfolgerung: E. coli-Isolate von infizierten Schweinen in Zhejiang zeigten eine hohe genetische Vielfalt (39 ST-Typen).Auch subtile genetische Unterschiede zwischen Stämmen deuten auf das Risiko einer Übertragung zwischen Betrieben hin.Der ST88-Stamm zeigte bis zu neun Jahre anhaltende Epidemieaktivität.
Abbildung 2. ANI von 114 E. coli Isolate
Die Namen von E. coli-Stämmen, die von 2010 bis 2017 isoliert wurden, sind in blau und die Namen von E. coli-Stämmen, die von 2018 bis 2021 isoliert wurden, in rosa markiert.
2Antimikrobielle Resistenzanalyse von 114 E. coli Isolaten
Die 114 E. coli-Isolate von kranken Schweinen zeigten im Allgemeinen eine schwere Multidrugresistenz (99,12% waren gegen drei oder mehr Arzneimittelklassen resistent (Abbildung 3B)).Resistenz gegen Ampicillin und Kombinationspräparate erreicht 100%Nach 2018 lag die Rate der Kolistinresistenz (15,2%) bei 0,5% und die Resistenz gegen Ciprofloxacin und Tetracyclin über 94% (Abbildung 3A).71%) gegenüber dem Vorjahr deutlich zurückgegangen (29.55%) (wie in Abbildung 3C, 2018-2021 gezeigt). Allerdings stieg die Resistenzquote gegenüber Florfenicol auf 94,29%, während die Resistenzraten gegenüber anderen Medikamenten relativ stabil blieben.Diese dynamische Veränderung kann mit Anpassungen der Medikamentenpolitik zusammenhängen..
Abbildung 3. Antimikrobielle Resistenz von 114 E. coli-Isolaten
Abbildung A: Resistenzraten von 114 Isolaten gegen 13 Antibiotika; Abbildung B: Verteilung von multiresistenten Stämmen;
Abbildung C: Vergleich der Veränderungen der Widerstandsraten zwischen 2010-2017 und 2018-2021 mit Chi-Quadrat-Tests zur Analyse der Bedeutung der Unterschiede.
Schlussfolgerung: Schwere Multidrogenresistenz war bei E. coli, die in der Provinz Zhejiang von erkrankten Schweinen isoliert wurde, weit verbreitet, wobei die Kolistinresistenz besonders ausgeprägt war.nach dem Verbot im Jahr 2017In den meisten Ländern, wo die Drogenresistenz in den letzten Jahren deutlich zurückgegangen ist, hat sich die Flurfenicolresistenz jedoch erhöht.
3Charakterisierung von mit der AMR assoziierten genomischen Merkmalen in E. coli-Isolaten
Die Studie ergab, dass die 114 E. coli-Isolate von erkrankten Schweinen durchschnittlich 4,9 Plasmide trugen, wobei das IncFIB-Plasmid am häufigsten vorkommt (78,07% der Stämme).Alle Stämme enthielten mindestens zwei Arzneimittelresistenzgene (ARGs)Die wichtigsten Ergebnisse zeigten starke Zusammenhänge zwischen spezifischen Plasmiden und Arzneimittelresistenzgenen (z. B.g., IncHI2-Typ mit aadA2b/sul3/tet ((A), und IncI2-Typ mit mcr-1), und Experimente bestätigten, dass IncI2-Plasmide den Transfer des mcr-1-Gens zwischen Stämmen wirksam vermitteln können.
Abbildung 4. Prognosergebnisse für erworbene Resistenzgene in 114 Escherichia coli-Isolaten
Abbildung 5. Korrelationskoeffizienten zwischen ARG und Plasmid-Replikonen in 114 E. coli-Isolaten
Schlussfolgerung: E. coli von kranken Schweinen tragen häufig mehrere Plasmide und sind mit Resistenzgenen angereichert.Es wurde gezeigt, dass IncI2-Plasmide hocheffiziente Vektoren für die horizontale Übertragung des Schlüsselresistenzgens mcr-1 sind..
4Identifizierung genomischer Merkmale, die mit Virulenz in E. coli-Isolaten verbunden sind
Die Studie ergab, dass alle 114 analysierten E. coli-Isolate mindestens ein Virulenzgen trugen, wobei fast 80% mindestens 10 trugen.gefolgt von dem traT-Gen (81Andere wichtige Virulenzgene, stb, sta1, stx2A, stx2B und astA, traten in 24,56% bis 36,84% der Isolate auf.Die Analyse ergab signifikante Korrelationen zwischen spezifischen Stammtypen (ST-Typen) und bestimmten Virulenzgenen.ST501 war mit stb und sta1, ST100 mit astA und stb und ST88 und ST4214 mit stb, sta1, stx2A und stx2B assoziiert.Es wurden signifikante Zusammenhänge zwischen astA und stb beobachtet.Die Studie identifizierte auch 28 Shiga-Toxin produzierende Escherichia coli (STEC), 43 enterotoxogene Escherichia coli (ETEC),und eine EPEC-produzierende Escherichia coli (EPEC).
Abbildung 6 Ergebnisse der Virulenzgenvorhersage für 114 E. coli Isolate
Rote Raster zeigen bekannte E. coli-Virulenzgene mit hohem Risiko an, während rosa Raster gemeinsame Virulenzgene anzeigen.
Schlussfolgerung: E. coli, die von erkrankten Schweinen isoliert wurde, trägt häufig mehrere Virulenzgene.und pathogene Subtypen wie STEC, ETEC und EPEC erfolgreich identifiziert wurden.
5Genomische Charakterisierung von Plasmiden mit mcr-1 und mcr-3
Die Studie ergab, dass zwei E. coli-Stämme sowohl die mcr-1- als auch die mcr-3-Gene tragen.mit einer einfachen Struktur und einem hohen Übertragungspotenzial, während mcr-3 sich auf einem Plasmid von IncHI2 befindet, das komplex und vielfältig ist und mehrere Arzneimittelresistenzgene trägt.
Abbildung 7. Vergleichende Analyse von Plasmiden mit mcr und tet (((X4) mit zuvor gemeldeten Plasmiden mit BLAST-Tools.
Schlussfolgerung: Die mcr-1- und mcr-3-Gene in E. coli befinden sich auf strukturell einfachen (IncI2) bzw. komplexen (IncHI2) Plasmiden.die auf verschiedene Mechanismen der Übertragung von Resistenzgenen hindeuten.
6. Genomische Charakterisierung von tet ((X4) -trägerischen Plasmiden
Die Studie ergab, dass zwei Stämme von tigecyclinresistenten E. coli zwei strukturell unterschiedliche tet(X4) Plasmide trugen: das kleine Plasmid p626A1-38K-tetX4 (IncX1-Typ, einfache Struktur,mit tet ((X4) und floR) und dem großen Plasmid p802A1-191K-tetX4 (komplexer Typ), die tet(X4) und fünf andere Resistenzgene enthalten). Beide ähneln dem Rückgrat bekannter epidemischer Plasmide,und es gibt mobile Regionen um tet(X4) mit mehreren Resistenzgenen und Insertionssequenzen, was auf ein hohes Übertragungsrisiko hindeutet.
Abbildung 8. Analyse des genetischen Umfelds des mcr-Gens
A: Genetische Umgebung des *mcr-3*-Gens in Plasmiden p204A1-223K-mcr3 und p602A1-220K-mcr3;
B: Genetische Umgebung des *mcr-1*-Gens in Plasmiden p204A1-63K-mcr1 und p602A1-65K-mcr1.
Schlussfolgerung: Diese Studie ergab, dass die beiden strukturell unterschiedlichen tet (((X4) Plasmide, die von tigecyclinresistenten E getragen werden,Coli haben beide Rückgratmerkmale, die denen der vorherrschenden Plasmide ähneln, und enthalten mobile Regionen, die Gene umgeben., was auf ein hohes Übertragungsrisiko hindeutet.
Schlussfolgerungen
Diese Studie ergab eine weit verbreitete Resistenz gegen mehrere Arzneimittel (einschließlich gegen Arzneimittel der letzten Linie) bei Escherichia coli, die von kranken Schweinen im Osten Chinas isoliert wurde.wurden über ein komplexes Plasmid (IncI2/IncHI2-Typ) übertragen. 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.
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