Extended-Spectrumβ-Lactamase-Producing大腸杆菌從零售雞肉和人類:比較菌株的質粒,抗性基因和毒力因子

文摘

背景。全球流行extended-spectrumβ-lactamase (ESBL)第腸杆菌科是在醫院和社區的迅速增加。在食用動物ESBL-producing細菌之間的連接、零售肉,和人類。我們之前報道的基因組成ESBL-producing的集合大腸杆菌(ESBL-EC)雞肉和人類從地理區域限製。現在,我們已經延長了分析與質粒經由,毒力因素,高度歧視性的基因組分析方法。

方法。一百四十五ESBL-EC隔離零售雞肉,人類直腸運營商,莖和血培養進行了分析使用序列類型,phylotyping, ESBL基因、質粒經由,毒性基因擴增片段長度多態性(妊娠),和pulsed-field凝膠電泳(但是脈衝場凝膠電泳的出現)。

結果。三個來源組相比明顯重疊時,他們的基因組成。使用所有變量綜合分析取得了最高的分辨率(威爾λ[Λ]:0.08)。不過,預測模型的基礎上,結合數據分類40%的人類隔離雞肉隔離。妊娠,但是脈衝場凝膠電泳的出現表明,隔離來自人類和雞肉不能隔離和標識1完美匹配人類和雞肉。

結論。我們發現顯著的基因之間的相似性ESBL-EC隔離從雞肉和人類根據移動阻力元素,毒力基因和基因組的骨幹。因此,雞肉是最近出現的一個可能因素ESBL-EC研究地區的人類感染。這引發了嚴重的食品安全問題存在ESBL-EC雞肉豐富。

的患病率extended-spectrumβ-lactamase (ESBL)第腸杆菌科是全球迅速增加1]。這些和其他耐藥細菌感染和發病率升高有關,死亡率,和醫療費用2,3]。最初,感染ESBL-producing細菌幾乎專門醫院。今天,然而,這種感染是越來越頻繁地在社區病人沒有住院治療或抗菌藥物使用的曆史(4 - 6]。糞便運輸被認為是最重要的儲層ESBL-producing細菌在社區。

ESBL-producing細菌在食品動物和人類之間的聯係已經提出;確實。這些細菌的存在在食用動物一再被記錄下來7號到9號]。最近,我們表明,絕大多數的零售雞肉在荷蘭是含有ESBL-producing腸杆菌科(10]。密切的相似之處和ESBL菌株ESBL-producing之間的基因被發現大腸杆菌(ESBL-EC)從雞肉和人類。這使得雞肉ESBL-EC的可信來源。ESBL基因通常位於質粒上,也可能攜帶毒力因素(11]。Plasmid-borne抗性基因可能與壓力,但也可以無性繁殖係地傳播擴散在不同菌株的質粒轉移。多級傳動使說明的流行病學ESBL-producing腸杆菌科非常複雜。

在世界範圍內,巨大的地理差異的ESBL基因觀察(12]。盡管有足夠的知識關於流行病學大腸杆菌顯然,地方差異確實存在。例如,ST131 CTX-M15-positive ESBL-EC克隆是一種已知的強毒株導致很大一部分ESBL-associated感染在許多國家(13]。然而,在荷蘭,這個克隆是很少發現10]。

毒力因素的流行病學和病理生理學是重要的大腸杆菌感染。係統組織與毒力相關因素和導致各種感染的可能性14,15]。毒性菌株引起extraintestinal感染主要屬於B2組和D,而從A組和B1菌株較少從身體extraintestinal恢複網站。

本研究的目的是進一步探索之間的關係從雞肉ESBL-EC隔離,人類直腸樣本,在荷蘭和人類血液文化相結合的新數據對毒力基因、質粒、係統組,擴增片段長度多態性(妊娠),和pulsed-field凝膠電泳(但是脈衝場凝膠電泳的出現)與之前報道的基因型和莖ESBL序列輸入(MLST)結果10]。

材料和方法

可以找到一個廣泛的描述方法補充數據。

應變集合

145年研究了ESBL-EC隔離是先前描述的一部分158 ESBL-producing的集合大腸杆菌從零售雞肉和人類在荷蘭南部隔離2008 - 2009 (10]。

ESBL基因的遺傳特性

先前報道(10),描述的抗性基因進行使用微陣列(檢查站、瓦赫寧根、荷蘭)16和測序。

莖序列輸入和係統組分布

所有ESBL-EC隔離來自肉類、直腸拭子和血培養接受MLST根據Wirth et al(描述的方法17],先前報道[10]。這裏,MLST結果新主要用於指定隔離大腸杆菌係統組相比之下與公眾MLST數據庫(http://mlst.ucc.ie/mlst/dbs/ecoli)和一個私人MLST數據庫(D.G.),其中MLST核苷酸序列數據被用來分配不同的序列類型(STs)大腸杆菌phylogroups據幾位人口分配算法(14]。STs的出現在兩個數據集,並分配給相同的phylogroup在每個數據集,或者隻出現在1 2的數據集,對應的phylogroup任務是使用。STs,未出現在數據集,或有衝突的phylogroup作業2的數據集,三層聚合酶鏈反應(PCR)方法在克萊et al (15比MLST[],這是不那麼準確14),用於phylogroup任務。

質粒的鑒定

DNA的新測試是使用實時PCR 15常見的質粒的存在經由(InqI1 Frep, FIA, ColEtp FIB,造成,R,科爾,B / O, A / C, N, P, HI2, FIC, Y)。引物用於放大15個質粒經由以前被Carattoli et al (18]。

毒力基因分型

延長毒性基因型為51與extraintestinal致病性相關標記大腸杆菌新確定的使用建立多重pcr檢測(19]。毒性評分計算總數的毒性基因存在於單個應變。

擴增片段長度多態性打字

更高分辨率的whole-chromosome相似性關係的評估,新接受妊娠30隔離輸入的一個子集,如Savelkoul等所述20.]。這些30隔離是那些被預測是研究人群最有可能的展示whole-chromosome概要共性跨源組(即人類對肉類)根據他們超越團隊根據其他研究分子相似性特征,評估的檢驗、判別分析(見下文),或主坐標分析(沒有顯示)。

Pulsed-Field凝膠電泳分析

提供更高分辨率的評估whole-chromosome相似關係,30隔離也剛剛經曆了Xba我但是脈衝場凝膠電泳的出現分析。概要文件被捕獲和分析使用Bionumerics(應用數學)。Pulsotypes定義≥94%剖麵相似性水平根據骰子的相似係數,對應大約3波段不同標準的Tenover et al (21]。

統計分析

軟件數據分析與社會科學統計軟件包(SPSS版本18)。預測分組隔離的推斷源根據其分子特征是利用判別函數分析完成的。使用不同的組合預測模型是研究的變量,計算先驗概率是基於組大小。威爾Λ,這表明變化的比例所無法解釋的模型,計算了。交叉驗證是由離開的情況下被分類分析,然後根據分類結果(n- 1)數據集。統計學意義被接受P< . 05。

結果

隔離

從荷蘭145 ESBL-EC研究隔離,源自雞肉(n = 87),人類航空公司(n = 43),和人類血液文化(n = 15),已被證實為ESBL生產商根據表現型和基因測序的ESBL (10]。

莖序列類型

莖序列輸入包含幾個集群(圖顯示一個異構的人口1一個)。大多數集群包含隔離雞肉和人類。值得注意的是,22的43(51%)隔離從人類的運營商和4 15(27%)血培養分離與雞肉隔離集群。這些發現或多或少類似於以前的報告,主要包含相同的菌株(10]。

係統組

係統組分布的隔離從人類運營商和雞肉是類似的(表1和圖1B)。相比之下,血培養分離更經常屬於B2組,和少B1組。

ESBL基因

表23中顯示ESBL基因的分布源組。最普遍的ESBL基因bla_CTX-M-1整體(62%)和在每個組。第二個最普遍ESBL基因bla_TEM-52,整體(13%)和雞肉和人類隔離載體。相比之下,血培養分離株之間的第二個和第三個最普遍ESBL基因bla_CTX-M-15和bla_CTX-M-14,分別。在雞肉隔離,bla_CTX-M-15沒有檢測到,bla_CTX-M-14被發現隻有一次。總體來看,39的44 (89%)ESBL基因中發現人類隔離載體和12的16 (75%)ESBL基因中發現血培養分離在雞肉隔離還發現,先前報道(10]。

質粒

表3顯示了15的分布源集團研究質粒複製子類型,其中4沒有檢測到。11發現複製子類型表現出有限的可變性患病率源集團包括比較盛行的國際汽聯和ColEtp血液文化隔離和人類之間的科爾馬車隔離。IncI1,複製子類型聯係在一起bla_CTX-M-1(22),雞肉中發現最常見的隔離,但血培養中也非常普遍和人類馬車隔離。

毒力基因和毒力的分數

補充表1顯示了51的分布源集團研究毒性基因,其中10沒有檢測到。41的毒力基因,發現29個(71%)被發現在人類和雞肉隔離。隻有一個僅限於雞肉(papG等位基因III),它隻發生在一個隔離。相比之下,11毒性基因發生human-source之間完全隔離(papAH國家林業局/focDE,阿發/ draBC,afaE8,bmaE,hlyD,cnf1,坐,kpsM速率kpsMK15,ibeA)。一些毒力基因之間明顯的過多血液隔離,例如,adhesin基因papAH和宮內廳,毒素基因坐含鐵細胞受體基因fyuA膠囊基因kpsM二世和kpsM細菌素基因的速率獨特銷售主張和致病性島標記malX。總毒性得分要顯著高於血培養分離出比人類馬車隔離(P= .003)和雞肉的分離(P=措施),但後者2組之間沒有顯著差異(圖2)。

判別函數分析

判別函數模型分別為每個分子的方法。歧視性的權力是最低使用MLST等位基因(威爾Λ:0.79)和增加係統組(威爾Λ:0.74),ESBL基因(威爾Λ:0.69),質粒經由(威爾Λ:0.56),和毒力基因(威爾Λ:0.19)。結合分析使用所有變量如圖3。該模型取得了最高的分辨率(威爾Λ:0.08)。仍然有大量的重疊之間的隔離來自人類和雞肉。表4展示了一係列基於判別函數分析預測模型。所有模型取得了實質性的錯誤分類,顯示相當大的重疊之間的隔離從3源組根據特征分析。組合模型,歧視性的最高權力,還是分類40%的人類的分離(從運營商和血培養)雞肉隔離,暗示可能雞肉起源這些隔離。

妊娠,但是脈衝場凝膠電泳的出現分析

評估whole-chromosome跨源組相似,妊娠,但是脈衝場凝膠電泳的出現分析是研究隔離的一個子集(n = 30),包括上麵的“重疊”從判別分析隔離,加上其他幾個的組合特征資料建議human-meat共性基礎上檢查和/或主協調分析(沒有顯示)。數據4 - 6顯示係統樹圖的妊娠,但是脈衝場凝膠電泳的出現概要文件從這個子集選擇隔離屬於phylogroups (n = 15), B1 (n = 8),分別和D (n = 7)。一般來說,從3源隔離組廣泛混在一起,如果任何隔離源有限的群體。phylogroup之間的隔離,妊娠顯示血培養分離A7與2雞肉菌株,而但是脈衝場凝膠電泳的出現(這被認為是歧視比妊娠)不支持這個發現(圖4)。妊娠和但是脈衝場凝膠電泳的出現被認為是隔離A9 A10從人類運營商相關。B1隔離,但是脈衝場凝膠電泳的出現和妊娠識別1菌株之間的完美匹配來自人類的載體和1雞肉(B1-5和B1-6)(圖5)。phylogroup D之間的隔離,妊娠識別2集群,其中1包含2株從肉類和從人類載體(圖16)。但是脈衝場凝膠電泳的出現了相同的2集群,但提出了一個較低程度的隔離(圖之間的相似度6)。

討論

在這項研究中,我們評估了145 ESBL-EC隔離零售雞肉和感染或健康的人類在荷蘭根據基因組骨幹分子相似性(phylotyping評估,MLST,妊娠,但是脈衝場凝膠電泳的出現),ESBL基因、質粒經由,毒力基因。它提供了什麼,據我們所知,是迄今為止最詳細的分析從雞肉ESBL-EC之間的聯係,從人類。我們發現了一個驚人的ESBL-EC之間的相似程度,從雞肉和人類,尤其是人類隔離載體。即使全部采用分子標記,判別函數分析不能可靠地隔離人類隔離從這些來自雞肉。證實了這種混雜模式妊娠,但是脈衝場凝膠電泳的出現。在這個相對較小的樣本甚至有雞肉和人類之間1完美匹配根據使用的所有方法,包括妊娠和但是脈衝場凝膠電泳的出現。這些發現暗示雞肉作為源,研究地區的很大一部分ESBL-EC菌株在人類和相關plasmid-mediated抗性基因。

在源組phylogroup分布非常相似。統計顯著差異被發現隻有血液文化隔離,並且隻對團體B1和B2的患病率。B2組通常被描述為從人類中最普遍phylogroup隔離23]。然而,我們發現B2組是罕見的在人類的運營商,而團體和B1成為主流。這種差異還有待闡明的基礎但可能反映了不同的流行病學ESBL-EC而敏感大腸杆菌。先前的報道表明,耐藥大腸杆菌壓力可能更容易比易感變異(家禽傳染給人類24),A和B1 phylogroups poultry-source中占主導地位大腸杆菌(23]。因此,本研究人群,包括耐藥大腸杆菌,可能是偏向chicken-source隔離,可以預見會混淆判別分析能夠準確地預測的真實原始源隔離。

顯然,在我們地區,相當比例的ESBL基因在人類腸道大腸杆菌人口是來自雞肉。目前還不清楚有多少比例的阻力是由於移動從chicken-source菌株遺傳元素轉移到居民人類腸道病毒,就像用一個體外模型來描述(25),與直接轉移耐藥菌株的食物鏈。源之間的更大程度的重疊組根據移動元素,如質粒經由和ESBL基因與染色體特征,表明一個可觀的移動元素發生轉移chicken-source菌株居民人類菌株。盡管如此,根據染色體特征還發現大量的重疊。

先前的研究已經確定了食物的重要來源大腸杆菌在人類的直覺。例如,在兩個相關的研究中,由人類誌願者的無菌飲食消費幾周大幅減少可變性大腸杆菌血清型(26)和antimicrobial-resistant的密度大腸杆菌(27在腸道微生物群,這表明食物通常提供了一個連續輸入的多樣化大腸杆菌。此外,丹麥最近調查表明,地理和時空上匹配大腸杆菌人類從尿路感染患者分離,社區,和一些肉來源重疊係統組和抗性表型,暗示肉的來源大腸杆菌在人類,包括致病菌株(23]。同樣,最近的一項調查比較電阻率大腸杆菌從人類和家禽、豬和牛在11個歐洲國家發現強,為各種抗生素組顯著相關性(28]。值得注意的是,對於抵抗extended-spectrum頭孢菌素,之間的顯著相關性被發現隻有人類和家禽,暗示家禽的重要來源human-associated ESBL-EC。

兩個來自荷蘭的先前的研究發現遺傳相似性ESBL-EC在禽類和人類,包括我們之前的研究涉及目前隔離(10從另一組記錄)和一個類似的調查,94%的零售雞肉擁有ESBL-EC顯示顯著的相似性對人類隔離有關MLST類型,抗性基因和質粒29日]。本研究擴展了這些發現(例如,通過包括毒性基因和歧視性的全基因組的打字方法)。

毒力因子改善我們對疾病的傳播途徑和發展的理解。雞肉中最孤立和人類的運營商有低毒性因子含量,所以可能造成低風險發展的感染。然而,一小部分的隔離包含大量毒力因子和更有可能導致感染。因此,這個子集被發現在血培養更頻繁。應該意識到什麼是血培養中發現不是從腸道隨機選擇的結果,而是一個選擇的子集與毒力更強的一個群體株菌株。這可能具有重要意義的研究環境的水庫阻力之間的關係(如食物)和人類的結果。

基於我們的研究結果和已知的流行病學大腸杆菌,我們建議,在研究地區雞肉ESBL-EC水庫是一個重要的人類腸道。傳染性可能含有抗性基因遺傳元素轉移到人類都通過收購chicken-source菌株本身和chicken-source抵抗元素轉移到人類的腸道菌群。豐富的在食品生產中使用抗菌藥物的動物因此造成對人類健康造成威脅。這最近已促使美國食品和藥物管理局提出禁止某些使用頭孢菌素的牲畜(30.]。這是嚴重批評獸醫領域的代表作為入侵在獸醫實踐,而食品安全倡導者說,這是最好的一個小步驟。我們的研究提供了進一步的相關性最近發現的新德裏metallo-β-lactamase在中國雞(31日),強調了潛在的公共衛生威脅,這條路線傳播。

這項研究有一些局限性。首先,血培養分離株的數量是相對較小。第二,它涉及到一個相對有限的地理區域,短時間內,盡管加強流行病學聯係隔離,限製了普遍性。第三,研究而聞名的地區在人類和極低的電阻率相對較高的耐抗生素使用和牲畜(10,32),這可能會進一步限製普遍性。第四,我們隻研究了隔離與特定的阻力特性,也就是說,ESBL生產。包含敏感隔離,或者具有不同抗性表型,可能會產生一個更複雜的,盡管更完整,圖片。

總之,我們發現顯著的相似性ESBL-EC從零售雞肉和人類。特別是移動遺傳元素肉和腸道運輸隔離非常相似。雖然血培養分離可以很大程度上脫離了雞肉隔離毒性因素考慮時,大量的重疊仍然是顯而易見的。這表明轉移移動遺傳成分和直接將壓力從雞肉可能導致ESBL-EC的出現在人類感染。

筆記

致謝。我們感謝實驗室技術人員,顧問微生物學家,在參與醫院感染控製護士(Amphia醫院,布雷達;Lievensberg醫院,卑爾根op放大;聖伊麗莎白醫院,蒂爾堡;TweeSteden醫院,蒂爾堡)的援助在肉的調查和收集數據的調查在住院患者中糞便馬車。康妮Clabots(明尼阿波利斯退伍軍人事務醫學中心)進行分析但是脈衝場凝膠電泳的出現。

財政支持。這種材料是部分基於辦公室支持的研究和開發工作,醫學研究服務,退伍軍人事務部(批準1號I01 CX000192 j . r . j . 01)。

潛在的利益衝突。所有作者:沒有報道衝突。

作者所提交的國際形式披露潛在的利益衝突。編輯認為衝突相關手稿的內容已經披露。

引用