новости компании о mBio | Использование геномных технологий для оценки устойчивости Escherichia coli к антимикробным препаратам у свиней в Восточном Китае в течение 12 лет

Нынешнее чрезмерное использование антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве привело к появлению устойчивости к антибиотикам, что представляет серьезную угрозу для общественного здоровья.Нынешние исследования в основном сосредоточены на клинических условиях., с недостаточным количеством исследований, изучающих характеристики устойчивости Escherichia coli от больных животных, особенно риск передачи от животного к человеку.

Недавно, 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 mBioИспользуя геномную технологию, в этом исследовании была проанализирована устойчивость к антибиотикам 114 штаммов Escherichia coli от больных свиней, собранных в течение 12-летнего периода в восточном Китае.впервые, энтеротоксигенные штаммы Э. coli (ETEC), несущие как гены mcr-1, так и гены mcr-3.

Введение

Ненадлежащее использование антибиотиков в животноводстве и здравоохранении привело к широкому распространению лекарственно-устойчивых бактерий, несущих "гены сверхустойчивости" (такие как blaNDM, mcr-1,и tet ((X4))Это ослабило эффективность "антибиотиков последней инстанции" и привело к нехватке новых лекарств, создав серьезную проблему.

E. coli, как основной зоонозный патоген, может вызывать заболевания и распространять устойчивые к лекарствам гены по экосистемам (например, те, которые несут гены высокого риска blaNDM-5, mcr-1 и tet ((X4/X5)).Объединенные эффекты высокой вирулентности и мультирезистентности усугубляют рискСеквенирование всего генома (WGS) является ключевой технологией для выявления генов лекарственной устойчивости и патогенности, обеспечивая основу для профилактики и контроля заболеваний животных и людей.

Результаты исследований

1Распространенность Эшерихии коли в данном исследовании

Как показано на рисунке 1А, в этом исследовании было проанализировано 114 изолятов E. coli от больных и мертвых свиней из 82 ферм в 11 городах провинции Чжэцзян в период с 2010 по 2021 год.Спленомегалия, и гепатомегалии.

Как показано на рисунке 1B, геномный анализ выявил 39 типов последовательностей (ST), из которых ST88 (на 15,8%) был наиболее распространенным.Многочисленные СТ сосуществовали в разные годы и городаНекоторые ST-типы (например, ST88) были последовательно распространены в течение девяти лет, в то время как другие (например, ST117 и ST48) появились только в течение определенных периодов.,и небольшие различия в СНП между штаммами позволили предположить возможную трансмиссию между фермами и изменение времени.

Рисунок 1. Эпидемиологические характеристики 114 изолятов Escherichia coli

Рисунок А: Распределение и время отбора проб в провинции Чжэцзян (синие маркеры)

Рисунок B: Ассоциация штаммов с городом, годом и высокорисковыми генами лекарственной устойчивости.

Рисунок С: Минимальное дерево, построенное на основе MLST. Размер узла представляет количество штаммов, а длина ветви отражает генетические вариации.

Заключение: Изоляты E. coli, полученные от инфицированных свиней в Чжэцзяне, показали высокое генетическое разнообразие (39 ST-типов).Незначительные генетические различия между штаммами также указывают на риск передачи между фермами.Штамм ST88 продемонстрировал устойчивую эпидемическую активность в течение девяти лет.

Рисунок 2. ANI из 114 изолятов E. coli

Имена штаммов Э. coli, выделенных с 2010 по 2017 год, отмечены синим цветом, а имена штаммов Э. coli, выделенных с 2018 по 2021 год, отмечены розовым.

2Анализ антимикробной устойчивости 114 изолятов E. coli

114 изолятов Э. coli, полученных от больных свиней, в целом проявляли тяжелую мультилекарственную резистентность (99,12% были устойчивы к трем или более классам препаратов (рисунок 3B)).Устойчивость к ампициллину и комбинированным препаратам достигла 100%В 2018 году показатель устойчивости колистина (15,2%) был выше, чем в 2018 году, и устойчивость к ципрофлоксацину и тетрациклину превысила 94% (рис. 3А).71%) значительно снизились по сравнению с предыдущим периодом (29Тем не менее, уровень резистентности к флорфениколу увеличился до 94,29%, в то время как уровень резистентности к другим препаратам оставался относительно стабильным.Это динамическое изменение может быть связано с корректировками в политике лекарств.

Рисунок 3. Антимикробная устойчивость 114 изолятов E. coli

Рисунок А: Уровень резистентности 114 изолятов к 13 антибиотикам; Рисунок В: Распределение штаммов, устойчивых к множественным лекарственным препаратам;

Рисунок С: Сравнение изменений показателей резистентности между 2010-2017 и 2018-2021 годами с использованием тестов чи-квадрат для анализа значимости различий.

Заключение: Сильная мультилекарственная резистентность была распространена у E. coli, выделенной у больных свиней в провинции Чжэцзян, причем резистентность к коллистину была особенно заметной.после запрета в 2017 годуЭто динамическое изменение тесно связано с корректировкой политики в отношении употребления наркотиков.

3Характеристика геномных особенностей, связанных с АМР, в изолятах E. coli

Исследование показало, что 114 изолированных бактерий E. coli от больных свиней несли в среднем 4,9 плазмиды, причем плазмид IncFIB был наиболее распространенным (78,07% штаммов).Все штаммы содержали по меньшей мере два гена лекарственной устойчивости (ARG)Ключевые результаты показали сильные связи между специфическими плазмидами и генами лекарственной устойчивости (например,g, IncHI2 типа с aadA2b/sul3/tet ((A), и IncI2 типа с mcr-1), и эксперименты подтвердили, что плазмиды IncI2 могут эффективно посредничать в передаче гена mcr-1 между штаммами.

Рисунок 4. Результаты прогнозирования генов приобретенной резистентности в 114 изолятах Escherichia coli

Рисунок 5. Коэффициенты корреляции между ARG и плазмидными репликанами в 114 изолятах E. coli

Заключение: E. coli от больных свиней обычно несут несколько плазмид и обогащены генами резистентности.Было показано, что плазмиды IncI2 являются высокоэффективными векторами для горизонтальной передачи ключевого гена резистентности mcr-1..

4. Определение геномных особенностей, связанных с вирулентностью в изолятах E. coli

Исследование показало, что все 114 исследованных изолятов кишечной палочки несли по крайней мере один ген вирулентности, причем почти 80% из них несли по крайней мере 10. Среди них ген terC был самым распространенным (99,12%),за которым следует ген traT (81Другие ключевые гены вирулентности, stb, sta1, stx2A, stx2B и astA, встречались в 24,56% - 36,84% изолятов.Анализ показал значительную корреляцию между специфическими типами штаммов (ST-типами) и определенными генами вирулентности.ST501 был связан с stb и sta1, ST100 с astA и stb, а ST88 и ST4214 с stb, sta1, stx2A и stx2B.Были отмечены значительные взаимосвязи сопутствующего возникновения между астаА и стаб.Исследование также выявило 28 бактерий Escherichia coli, производящих токсин Шига (STEC), 43 энтеротоксигенные бактерии Escherichia coli (ETEC),и один порождающий EPEC Escherichia coli (EPEC).

Рисунок 6. Результаты прогнозирования вирулентности генов для 114 изолятов E. coli

Красные сетки указывают на известные высокорисковые вирулентные гены E. coli, а розовые сетки указывают на общие вирулентные гены.

Заключение: E. coli, изолированные от больных свиней, обычно несут несколько генов вирулентности.и патогенных подтипов, таких как STEC, ETEC и EPEC были успешно идентифицированы.

5. Геномическая характеристика плазмидов, несущих mcr-1 и mcr-3

Исследование показало, что два штамма Э. coli несут как гены mcr-1, так и mcr-3. Эти гены расположены на разных плазмидах: mcr-1 расположен на плазмиде IncI2,имеющий простую структуру и высокий потенциал передачи, в то время как mcr-3 расположен на плазмиде IncHI2, который является сложным и разнообразным и несет несколько генов лекарственной устойчивости.

Рисунок 7. Сравнительный анализ плазмид, несущих mcr и tet (((X4) с ранее сообщавшимися плазмидами с использованием инструментов BLAST.

Заключение: гены mcr-1 и mcr-3 в E. coli были обнаружены на структурно простых (IncI2) и сложных (IncHI2) плазмидах соответственно,предполагающие различные механизмы передачи генов резистентности.

6. Геномическая характеристика плазмидов-носителей tet ((X4)

Исследование показало, что два штамма устойчивых к тигециклину бактерий E. coli несли две структурно отличающиеся тет (((X4) плазмиды: малую плазмиду p626A1-38K-tetX4 (тип IncX1, простая структура,содержащие tet ((X4) и floR) и большую плазмиду p802A1-191K-tetX4 (сложный тип), содержащие тет ((X4) и пять других генов резистентности).и есть подвижные области вокруг tet(X4) содержащие несколько генов резистентности и последовательности вставки, что указывает на высокий риск передачи.

Рисунок 8. Анализ генетической среды генов

A: генетическая среда гена *mcr-3* в плазмидах p204A1-223K-mcr3 и p602A1-220K-mcr3;

B: генетическая среда гена *mcr-1* в плазмидах p204A1-63K-mcr1 и p602A1-65K-mcr1.

Заключение: В данном исследовании было установлено, что две структурно отличающиеся тет (((X4) плазмиды, переносимые тигециклинорезистентным E.Коли оба обладают особенностями позвоночника, аналогичными тем, что имеют распространенные плазмиды, и содержат подвижные области, окружающие гены., что указывает на высокий риск передачи.

Заключения

В этом исследовании была обнаружена широко распространенная мультилекарственная резистентность (в том числе к препаратам последней линии) у Escherichia coli, изолированной у больных свиней в восточном Китае.были переданы через сложную плазмиду (тип 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.