회사 소식 mBio. 12년 동안 동중국 돼지에서 에셰리키아 콜라균의 항생제 내성을 평가하기 위해 유전체 기술을 사용했습니다.

현재 의학과 농업에서 항생제 과잉 사용은 항생제 내성이 등장하여 공중 건강에 심각한 위협이되었습니다.현재 연구는 주로 임상 환경에 초점을 맞추고 있습니다.질병에 걸린 동물에서 에셰리키아 콜라에 대한 내성 특성을 조사하는 연구가 충분하지 않으며 특히 동물에서 인간으로 전염되는 위험이 있습니다.

최근에, 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 mBio이 연구 는 유전체 기술 을 이용 하여 동 중국 에서 12 년 동안 수집 된 병에 걸린 돼지 에서 114 가지 에셰리키아 콜라 균류 의 항생제 저항성 을 분석 하였다. 연구 는처음으로, mcr-1 및 mcr-3 유전자를 모두 가지고 있는 엔테로 독성 E. coli (ETEC) 균류.

소개

가축 재배와 의료 분야에서 항생제의 부적절한 사용은 "슈퍼 레지스텐스 유전자"를 가지고 있는 약물 내성 박테리아의 광범위한 확산으로 이어졌습니다.그리고 tet ((X4))이것은 "마지막 항생제"의 효능을 약화시키고 새로운 약의 부족으로 이어져 심각한 문제를 일으켰습니다.

주요 동물성 병원체인 E. coli는 질병을 유발하고 생태계 (대위위험 유전자인 blaNDM-5, mcr-1, tet(X4/X5) 를 가지고 있는 것 등) 에서 약물 내성 유전자를 퍼뜨릴 수 있습니다.높은 바이러스성 및 다중 약물 저항성의 합성 효과는전체 유전체 염기서열 (WGS) 은 약물 저항성 및 병원성 유전자를 식별하는 핵심 기술이며 동물 및 인간의 질병의 예방 및 통제를위한 기반을 제공합니다.

연구 결과

1이 연구에서 에셰리키아 콜라의 유병률

그림 1A에서 보여준 바와 같이, 이 연구는 2010년에서 2021년 사이에 제장주 11개 도시의 82개 농장에서 발견된 질병 및 죽은 돼지에서 114개의 E. coli 단위들을 분석했습니다. 이 돼지는 설사로 고통받았습니다.발막증그리고 간병증.

그림 1B에서 나타난 바와 같이, 유전체 분석은 39개의 염기서열 유형 (STs) 을 밝혀냈는데, 이 중 ST88 (약 15.8%) 가 가장 흔한 것으로 나타났습니다. 가장 높은 ST 다양성은 샤오징과 항저우에서 관찰되었습니다.여러 ST가 여러 해와 도시에서 공존했습니다.일부 ST 유형 (ST88과 같이) 은 9 년 동안 지속적으로 유행했으며 다른 유형 (ST117과 ST48과 같이) 은 특정 기간 동안만 나타났습니다. 표본 식별은 신뢰할 수있었습니다.,그리고 줄기들 사이의 작은 SNP 차이들은 농장 간과 시간적 변동적 전염의 가능성을 시사했습니다.

그림 1. 114개의 에셰리키아 콜라 단위균의 역학적 특성

그림 A: 제주특별자치도에서 표본 분포와 시간 (푸른 표시)

그림 B: 도시, 해 및 고위험 약물 내성 유전자와의 균류의 연관성. 선 두께는 균류의 수와 일치합니다.

그림 C: MLST를 기반으로 구성된 최소 팽창 나무. 노드 크기는 줄기 수를 나타내고 가지 길이는 유전자 변이를 반영합니다.

결론: Zhejiang에서 감염 된 돼지에서 E. coli 단독은 높은 유전적 다양성을 보여주었습니다.균류 간의 미묘한 유전적 차이도 농장 간 전염의 위험을 암시합니다.ST88 균류는 9년 동안 지속된 전염성 활동을 보여주었습니다.

그림 2. 114 개의 E. coli 고립물의 ANI

2010년부터 2017년까지 격리된 E. coli 균류의 이름은 파란색으로 표시되고, 2018년부터 2021년까지 격리된 E. coli 균류의 이름은 분홍색으로 표시됩니다.

2114 개의 E. coli 단위 항생제 내성 분석

114개의 E. coli는 병든 돼지로부터 분리된 것으로서 일반적으로 심각한 다중 약물 저항성을 나타냈습니다 (99.12%는 3개 이상의 약물 클래스에 저항성이 있었다 (그림 3B).앰피실린과 복합제품에 대한 내성은 100%에 달합니다., 시프로플록사신 및 테트라사이클린에 대한 내성은 94%를 초과했습니다. 특히 21.05%의 균류가 콜리스틴에 내성이있었습니다.지난 기간에 비해 크게 감소했습니다 (29.55%) (그림 3C, 2018-2021에서 나타낸 바와 같이). 그러나 플로르페니콜 내성 비율은 94.29%로 증가했으며 다른 약물에 대한 내성 비율은 상대적으로 안정적이었다.이 역동적 변화는 약물 정책의 조정과 관련이있을 수 있습니다..

그림 3. 114 개의 E. coli 단위 항균 내성

그림 A: 13개의 항생제에 대한 114개의 단위 항생제 내성의 비율; 그림 B: 다중 항생제 내성 균류의 분포

그림 C: 2010-2017년과 2018-2021년 사이의 저항률 변화의 비교, 차이점의 중요성을 분석하기 위해 사용된 치 제곱 테스트.

결론: Zhejiang Province에서 병에 걸린 돼지에서 분리 된 E. coli에서 심각한 다중 약물 내성이 유행했으며 콜리스틴 내성이 특히 두드러졌습니다.2017년 금지 이후이 역동적 변화는 약물 사용 정책의 조정과 밀접하게 관련이 있습니다.

3. E. coli 단위에서 AMR와 관련된 게놈 특징의 특성화

연구 결과 114개의 E. coli는 질병에 걸린 돼지에서 평균 4. 9개의 플라스미드를 가지고 있으며, IncFIB 플라스미드는 가장 흔한 것으로 (78. 07%의 균주) 밝혀졌습니다.모든 균류는 적어도 두 개의 약물 내성 유전자 (ARG) 를 가지고 있습니다., 80.7%는 mdf ((A), tet ((A), floR 및 sul2가 가장 흔한 10 개 이상의 ARG를 포함하고 있습니다. 주요 연구 결과는 특정 플라스미드와 약물 내성 유전자 (예:g, aadA2b/sul3/tet ((A) 와 함께 IncHI2 유형, 그리고 mcr-1와 함께 IncI2 유형, 그리고 실험은 IncI2 플라스미드가 균줄 사이의 mcr-1 유전자의 전송을 효과적으로 중재 할 수 있음을 확인했습니다.

그림 4. 114개의 에셰리키아 콜라 단위에서 획득된 내성 유전자의 예측 결과

그림 5. 114개의 E. coli 단위에서 ARG와 플라즈미드 복제체 사이의 상관률

결론: 질병에 걸린 돼지의 E. coli는 일반적으로 여러 플라즈미드를 가지고 있으며 저항 유전자를 풍부하게합니다.인크1 플라스미드는 핵심 저항성 유전자 mcr-1의 수평적 전송에 매우 효율적인 벡터로 나타났습니다..

4E. coli 단위에서 바이러런스와 관련된 게놈 특성의 식별

연구 결과 분석된 114개의 E. coli 단위체 모두 적어도 한 개의 바이러스성 유전자를 가지고 있으며, 거의 80%는 적어도 10개의 유전자를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 이들 중 terC 유전자가 가장 흔한 (99.12%),그 다음에는 traT 유전자가 있습니다 (81다른 주요 바이러스성 유전자인 stb, sta1, stx2A, stx2B, astA는 24.56%에서 36.84%의 단위에서 발생했습니다.분석 결과 특정 균류 유형 (ST 유형) 과 특정 바이러스성 유전자들 사이의 중요한 상관관계가 밝혀졌습니다.ST501은 stb와 sta1, ST100은 astA와 stb, ST88과 ST4214은 stb, sta1, stx2A, stx2B와 관련이 있습니다.astA와 stb 사이에 중요한 병행 관계가 관찰되었습니다.연구에서는 또한 28 개의 시가 독소를 생성하는 에스케리키아 콜라 (STEC), 43 개의 엔테로톡시진 에스케리키아 콜라 (ETEC),그리고 EPEC를 생성하는 Escherichia coli (EPEC).

그림 6. 114 개의 E. coli 단위 에 대한 바이러런스 유전자 예측 결과

빨간색 그리드는 알려진 고위험의 E. coli 바이러런스 유전자를 나타내고, 분홍색 그리드는 일반적인 바이러런스 유전자를 나타냅니다.

결론: 병에 걸린 돼지로부터 분리된 E. coli는 일반적으로 여러 가지 바이러스성 유전자를 가지고 있습니다. 특정 균류 유형 (ST501/ST100와 같은) 은 주요 독소 유전자와 관련이 있습니다.STEC와 같은 병원성 하위 유형, ETEC 및 EPEC가 성공적으로 확인되었습니다.

5- mcr-1 및 mcr-3를 운반하는 플라스미드의 유전체적 특성화

연구 결과 두 개의 E. coli 균류가 mcr-1과 mcr-3 유전자를 모두 가지고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이 유전자는 다른 플라스미드에 위치합니다. mcr-1은 IncI2 플라스미드,단순한 구조와 높은 전송 잠재력을 가진, mcr-3는 복잡하고 다양하며 여러 약물 내성 유전자를 가지고 있는 IncHI2 플라스미드에 위치하고 있습니다.

그림 7. BLAST 도구를 사용하여 이전에 보고된 플라스미드와 mcr 및 tet ((X4) 를 운반하는 플라스미드의 비교 분석.

결론: E. coli의 mcr-1 및 mcr-3 유전자는 구조적으로 단순 (IncI2) 및 복잡한 (IncHI2) 플라스미드 각각에 위치하고 있는 것으로 밝혀졌습니다.저항성 유전자 전달의 다른 메커니즘을 제안.

6테트 (tet)) (X4) 를 운반하는 플라스미드의 유전체적 특성화

연구 결과, 티게사이클린 내성 E. coli의 두 줄기에는 구조적으로 다른 두 개의 tet(X4) 플라스미드: 작은 플라스미드 p626A1-38K-tetX4 (IncX1 유형, 간단한 구조,tet ((X4) 와 floR를 포함하고 큰 플라스미드 p802A1-191K-tetX4 (복합형), tet(X4) 와 다른 5개의 저항 유전자를 포함합니다.) 둘 다 알려진 전염성 플라스미드의 척추와 유사합니다.그리고 여러 저항 유전자와 삽입 염기서열을 포함하는 tet ((X4) 주위의 이동성 영역이 있습니다., 높은 수준의 전파 위험을 시사합니다.

도 8. mcr 유전자의 유전 환경 분석

A: 플라스미드 p204A1-223K-mcr3 및 p602A1-220K-mcr3에서 *mcr-3* 유전자의 유전 환경

B: 플라스미드 p204A1-63K-mcr1 및 p602A1-65K-mcr1에서 *mcr-1* 유전자의 유전 환경

결론: 이 연구에서는 구조적으로 다른 두 개의 tet ((X4) 플라스미드가 티게사이클린 내성 E에 의해 운반되는 것을 발견했습니다.콜리는 두 가지 모두 일반적인 플라즈미드와 유사한 척추 특징을 가지고 있으며 유전자를 둘러싸고 있는 이동 영역을 포함합니다., 전염 위험이 높다는 것을 나타냅니다.

결론

이 연구에서는 중국 동부에서 질병에 걸린 돼지로부터 분리된 에셰리키아 콜라에서 광범위한 다중 약물 저항성 (마지막 라인 약물까지 포함) 을 발견했습니다. 주요 저항성 유전자, mcr-1/mcr-3/tet ((X4),복잡한 플라스미드 (IncI2/IncHI2형) 를 통해 전염되었습니다.. 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.