berita perusahaan tentang mBio | Menggunakan teknologi genomik untuk menilai resistensi antimikroba Escherichia coli pada babi di Tiongkok Timur selama 12 tahun

Penggunaan antibiotik yang berlebihan saat ini dalam kedokteran dan pertanian telah menyebabkan munculnya resistensi antimikroba, ancaman serius bagi kesehatan masyarakat.penelitian saat ini sebagian besar berfokus pada pengaturan klinis, dengan penelitian yang tidak cukup memeriksa karakteristik resistensi Escherichia coli dari hewan yang sakit, terutama risiko penularan dari hewan ke manusia.

Baru-baru ini, 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 mBioDengan menggunakan teknologi genomik, penelitian ini menganalisis resistensi antibiotik dari 114 strain Escherichia coli dari babi yang sakit yang dikumpulkan selama periode 12 tahun di China timur.untuk pertama kalinya, E. coli enterotoksigenik (ETEC) yang membawa gen mcr-1 dan mcr-3.

Pengantar

Penggunaan antibiotik yang tidak tepat dalam peternakan dan perawatan kesehatan telah menyebabkan penyebaran bakteri resisten obat yang membawa "gen superresistensi" (seperti blaNDM, mcr-1,dan tet ((X4))Hal ini telah melemahkan efektivitas "antibiotik pilihan terakhir" dan mengakibatkan kekurangan obat baru, menciptakan masalah serius.

E. coli, sebagai patogen zoonosis utama, dapat menyebabkan penyakit dan menyebarkan gen resisten obat di seluruh ekosistem (seperti yang membawa gen berisiko tinggi blaNDM-5, mcr-1, dan tet ((X4/X5)).Efek gabungan dari virulensi tinggi dan resistensi multidrug memperburuk risikoSekuensi seluruh genom (WGS) adalah teknologi kunci untuk mengidentifikasi gen resistensi obat dan patogenitas, memberikan dasar untuk pencegahan dan pengendalian penyakit hewan dan manusia.

Hasil Penelitian

1Prevalensi Escherichia coli dalam Studi ini

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1A, penelitian ini menganalisis 114 isolasi E. coli dari babi yang sakit dan mati dari 82 peternakan di 11 kota di Provinsi Zhejiang antara tahun 2010 dan 2021.splenomegalia, dan hepatomegalia.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1B, analisis genomik mengungkapkan 39 jenis urutan (ST), di mana ST88 (mengacu pada 15,8%) adalah yang paling umum.Beberapa ST hidup berdampingan di berbagai tahun dan kotaBeberapa jenis ST (seperti ST88) secara konsisten terjadi selama periode sembilan tahun, sementara yang lain (seperti ST117 dan ST48) hanya muncul selama periode tertentu.,dan perbedaan SNP kecil antara strain menunjukkan kemungkinan penularan lintas peternakan dan waktu yang bervariasi.

Gambar 1. Karakteristik epidemiologis dari 114 isolasi Escherichia coli

Gambar A: Distribusi dan waktu pengambilan sampel di Provinsi Zhejiang (penanda biru)

Gambar B: Asosiasi strain dengan kota, tahun, dan gen resistensi obat berisiko tinggi Ketebalan garis sesuai dengan jumlah strain.

Gambar C: Pohon minimum yang dibangun berdasarkan MLST. Ukuran simpul mewakili jumlah strain, dan panjang cabang mencerminkan variasi genetik.

Kesimpulan: isolasi E. coli dari babi yang terinfeksi di Zhejiang menunjukkan keragaman genetik yang tinggi (39 jenis ST).Perbedaan genetik yang halus antara strain juga menunjukkan risiko penularan lintas peternakanStrain ST88 menunjukkan aktivitas epidemi yang berkelanjutan hingga sembilan tahun.

Gambar 2. ANI dari 114 E. coli isolate

Nama-nama strain E. coli yang diisolasi dari tahun 2010 hingga 2017 ditandai dengan warna biru, dan nama-nama strain E. coli yang diisolasi dari tahun 2018 hingga 2021 ditandai dengan warna merah muda.

2Analisis Resistensi Antimikroba dari 114 E. coli Isolate

114 isolate E. coli dari babi yang sakit umumnya menunjukkan resistensi multidrug yang parah (99,12% resisten terhadap tiga atau lebih kelas obat (Gambar 3B)).Resistensi terhadap ampicillin dan obat kombinasi mencapai 100%, dan resistensi terhadap ciprofloxacin dan tetrasiklin melebihi 94% (Gambar 3A).71%) menurun secara signifikan dari periode sebelumnya (29.55%) (seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3C, 2018-2021). Namun, tingkat resistensi florfenicol meningkat menjadi 94,29%, sementara tingkat resistensi terhadap obat lain tetap relatif stabil.Perubahan dinamis ini mungkin terkait dengan penyesuaian kebijakan obat.

Gambar 3. Resistensi antimikroba dari 114 isolate E. coli

Gambar A: Tingkat resistensi 114 isolate terhadap 13 antibiotik; Gambar B: Distribusi strain multiresisten;

Gambar C: Perbandingan perubahan tingkat resistensi antara 2010-2017 dan 2018-2021, dengan tes chi-square yang digunakan untuk menganalisis signifikansi perbedaan.

Kesimpulan: Resistensi multidrug yang parah terjadi pada E. coli yang diisolasi dari babi yang sakit di Provinsi Zhejiang, dengan resistensi kolistin yang sangat menonjol.setelah larangan pada tahun 2017, tingkat resistensi menurun secara signifikan, sementara resistensi florfenicol meningkat.

3Karakterisasi fitur genomik yang terkait dengan AMR dalam isolate E. coli

Studi ini menemukan bahwa 114 isolate E. coli dari babi yang sakit membawa rata-rata 4,9 plasmid, dengan plasmid IncFIB yang paling umum (78,07% dari strain).Semua strain mengandung setidaknya dua gen resistensi obat (ARG), dan 80,7% mengandung lebih dari 10 ARG, dengan mdf ((A), tet ((A), floR, dan sul2 yang paling umum.g., tipe IncHI2 dengan aadA2b/sul3/tet ((A), dan tipe IncI2 dengan mcr-1), dan eksperimen mengkonfirmasi bahwa plasmid IncI2 dapat secara efektif menengahi transfer gen mcr-1 antara strain.

Gambar 4. Hasil prediksi gen resistensi yang diperoleh dalam 114 isolate Escherichia coli

Gambar 5. Koefisien korelasi antara ARG dan replikon plasmid dalam 114 isolate E. coli

Kesimpulan: E. coli dari babi yang sakit biasanya membawa beberapa plasmid dan diperkaya untuk gen resistensi.Plasmid IncI2 telah terbukti menjadi vektor yang sangat efisien untuk transfer horizontal gen resistensi kunci mcr-1.

4Identifikasi fitur genomik yang terkait dengan virulensi dalam isolate E. coli

Studi ini menemukan bahwa semua 114 isolate E. coli yang dianalisis membawa setidaknya satu gen virulensi, dengan hampir 80% mengandung setidaknya 10. Di antara ini, gen terC adalah yang paling umum (99,12%),diikuti oleh gen traT (81Gen virulensi kunci lainnya, stb, sta1, stx2A, stx2B, dan astA, terjadi pada 24,56% hingga 36,84% isolate.Analisis menunjukkan korelasi signifikan antara jenis strain tertentu (jenis ST) dan gen virulensi tertentu.ST501 dikaitkan dengan stb dan sta1, ST100 dengan astA dan stb, dan ST88 dan ST4214 dengan stb, sta1, stx2A, dan stx2B.Hubungan kejadian bersamaan yang signifikan diamati antara astA dan stb.Studi ini juga mengidentifikasi 28 bakteri Escherichia coli yang memproduksi racun Shiga (STEC), 43 bakteri Escherichia coli enterotoksigenik (ETEC),dan satu Escherichia coli yang menghasilkan EPEC (EPEC).

Gambar 6. Hasil Prediksi Gen Virulensi untuk 114 Isolat E. coli

Garis merah menunjukkan gen virulensi E. coli berisiko tinggi yang diketahui, sedangkan kisi merah muda menunjukkan gen virulensi umum.

Kesimpulan: E. coli yang diisolasi dari babi yang sakit biasanya membawa beberapa gen virulensi.dan subtipe patogen seperti STEC, ETEC, dan EPEC berhasil diidentifikasi.

5Karakterisasi Genom Plasmid yang Mengandung mcr-1 dan mcr-3

Studi ini mengungkapkan bahwa dua strain E. coli membawa gen mcr-1 dan mcr-3. gen ini terletak pada plasmid yang berbeda: mcr-1 terletak pada plasmid IncI2,yang memiliki struktur sederhana dan potensi transmisi yang tinggi, sedangkan mcr-3 terletak pada plasmid IncHI2, yang kompleks dan beragam dan membawa beberapa gen resistensi obat.

Gambar 7. Analisis komparatif plasmid yang membawa mcr dan tet (((X4) dengan plasmid yang dilaporkan sebelumnya menggunakan alat BLAST.

Kesimpulan: Gen mcr-1 dan mcr-3 pada E. coli ditemukan berada pada plasmid yang strukturnya sederhana (IncI2) dan kompleks (IncHI2), masing-masing,menunjukkan mekanisme yang berbeda dari transmisi gen resistensi.

6. Karakterisasi genomik dari tet (((X4) - Plasmid Pengangkut

Studi ini menemukan bahwa dua strain E. coli resisten tigecycline membawa dua plasmid tet ((X4) yang berbeda secara struktural: plasmid kecil p626A1-38K-tetX4 (tipe IncX1, struktur sederhana,mengandung tet ((X4) dan floR) dan plasmid besar p802A1-191K-tetX4 (tipe kompleks, yang mengandung tet(X4) dan lima gen resistensi lainnya). Keduanya mirip dengan tulang punggung plasmid epidemi yang diketahui,dan ada daerah bergerak di sekitar tet(X4) yang mengandung beberapa gen resistensi dan urutan penyisipan, menunjukkan risiko penularan tingkat tinggi.

Gambar 8. Analisis Lingkungan Genetik Gen MCR

A: Lingkungan genetik gen *mcr-3* dalam plasmid p204A1-223K-mcr3 dan p602A1-220K-mcr3;

B: Lingkungan genetik gen *mcr-1* dalam plasmid p204A1-63K-mcr1 dan p602A1-65K-mcr1.

Kesimpulan: Penelitian ini menemukan bahwa dua plasmid tet (((X4) yang berbeda secara struktural yang dibawa oleh E yang resisten tigecycline.coli keduanya memiliki fitur tulang belakang yang mirip dengan plasmid yang lazim dan mengandung daerah bergerak di sekitar gen, menunjukkan risiko tinggi penularan.

Kesimpulan

Studi ini menemukan resistensi multidrug yang luas (termasuk terhadap obat-obatan garis terakhir) pada Escherichia coli yang diisolasi dari babi yang sakit di China timur.ditularkan melalui plasmid kompleks (tipe 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.