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鸡源大肠埃希氏菌mcr-1基因携带及分析  PDF

  • 刘丽 1
  • 张玉霞 2
  • 赵雯霞 1
  • 张林 1
  • 黄伟峰 1
  • 杨小蓉 1
1. 四川省疾病预防控制中心,四川 成都 610041; 2. 南京大学生命科学学院,江苏 南京 210023

中图分类号: R155

最近更新:2023-02-07

DOI:10.13590/j.cjfh.2022.06.003

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摘要

目的

了解在农业农村部禁止使用多黏菌素作为动物促生长使用后四川部分地区鸡源大肠埃希氏菌(E.colimcr-1基因的携带情况,为制定进一步防控措施提供依据。

方法

采集四川部分地区市场售卖点肉鸡直肠拭子,用含有多黏菌素(终浓度4 µg/mL)的EC肉汤增菌接种含多黏菌素(终浓度4 µg/mL)的麦康凯平板,挑取可疑菌落,采用PCR方法鉴定菌株并检测mcr-1基因;微量肉汤稀释法测定mcr-1基因阳性菌株对临床常见抗菌药物耐药情况。脉冲场凝胶电泳(PFGE)对mcr-1基因阳性菌株进行同源分析。耐药基因质粒结合实验验证mcr-1基因传播途径。

结果

从70份肉鸡样本中的13份检出mcr-1基因阳性大肠埃希氏菌,检出率18.57%(13/70),对实验的13种抗生素,除13株mcr-1阳性菌株对头孢西丁有12株敏感以外,对其他抗生素都表现出不同程度的耐药,其中四环素和甲氧苄啶/磺胺甲恶唑耐药率最高,达到了100%(13/13);其次是氨苄西林和氯霉素,耐药率为84.62%(11/13)。PFGE显示13株mcr-1阳性大肠埃希氏菌分属13个不同的型别;质粒结合实验显示mcr-1基因能够通过质粒传播。

结论

mcr-1基因在鸡大肠内大肠杆菌中检测率比较高,且鸡大肠中mcr-1阳性大肠埃希氏菌的耐药情况比较严重。

由于抗菌药物的广泛与不合理使用,细菌耐药问题日趋严峻。全球范围内,每年因耐药菌感染所致的死亡病例人数达70万,预估2050年可能会达到1 000万

1。多黏菌素(Polymyxin)是发现于多黏杆菌培养液中的抗菌性多肽,有A、B、C、D、E 5种,抗菌谱相互类似且范围宽广,特别对革兰氏阴性细菌作用较强,毒性较弱,主要用于防治敏感菌的感染和促进畜禽生长。自2015年我国科学家从动物源大肠埃希氏菌中分离到质粒介导的多黏菌素抗性的新基因mcr-1以来,多黏菌素耐药基因从多种来源的细菌中检2。人用抗生素的滥用导致了对多种抗生素耐药菌的出现,多黏菌素被认为是治疗多重耐药革兰阴性菌感染的最后一道防线。而长期在低剂量饲料中添加抗生素会导致病原菌耐药性的产生,而动物源的病原菌可以将耐药性传递给人源的病原菌。同时有研究发现,由于多黏菌素长期的使用,确实导致了大量耐药菌的产3。在禽类养殖中,大肠埃希氏菌作为条件致病菌,是导致疾病的最常见细菌之一,能够引起鸡的多种疾病,比如急性败血症、肺炎、关节炎等,给畜禽养殖业带来严重的经济损4。2016年11月1日起,我国农业部正式停止在动物饲料添加剂中使用多黏菌素。

为了解禁止使用多黏菌素作为促进剂后四川地区鸡源大肠杆菌mcr-1基因携带情况,本研究对肉鸡直肠内携带mcr-1基因大肠杆菌进行了检测,并对携带mcr-1菌株进行了药敏分析、脉冲场凝胶电泳(Pulse field gel electrophoresis,PFGE)同源分析和耐药基因质粒结合试验。

1 材料与方法

1.1 样本

从成都、雅安、德阳、绵阳和资阳各售卖点进行活鸡采集并进行点杀,共70份。

1.2 主要仪器和试剂

PCR仪(法国梅里埃),毛细管电泳仪(美国凯杰),脉冲场电泳仪、凝胶成像系统(美国伯乐公司),缓冲蛋白胨水、麦康凯(北京陆桥),ESBLs平板(法国科玛嘉),血琼脂平板(郑州安图),SeaKemGold琼脂糖(LONZA),10×TBE缓冲液(北京Solarbio),SDS、蛋白酶K、限制性内切酶XbaⅠ、Tris-HCl、EDTA、MH肉汤、药敏检测板(上海星柏)。

1.3 方法

1.3.1 菌株的分离

剖开肉鸡直肠,用一只棉签蘸取粪便加入含4 µg/mL的多黏菌素EC肉汤增菌,36 ℃过夜培养,取增菌液一环划线在含4 µg/mL的多黏菌素的麦康凯平板接种划线,36 ℃过夜培养,每个平板上挑取2株红色菌落进行纯化和鉴定。

1.3.2 大肠埃希氏菌鉴定

对挑取的可疑菌落采用PCR方法进行鉴定,引物序列为:上游:5’-ATGCCAGTCCAGCGTTTTTGC-3’,下游:5’-AAAGTGTGGGTCAATAATCAGGAAGTG-3’,产物大小为1 487 bp。PCR反应体系(20 µL),DNA模板2 µL,上下游引物各1 µL,2×mix 16 µL。反应条件为:94 ℃预变性5 min,94 ℃变性30 s,63 ℃退火30 s,72 ℃延伸40 s,循环30次,再72 ℃延伸5 min。PCR产物用毛细管电泳进行分析。

1.3.3 mcr-1基因检测

对鉴定为大肠埃希氏菌的菌株运用,PCR方法检测mcr-1基因,所用引物按照文献设

5,引物序列为:上游:5’-ATCAGCCAAACCTATCCTATCG-3’,下游:5’-ATAGATGTTGCTGTGCGTCTGC-3’,产物大小为1 257 bp,PCR反应体系(20 µL),DNA模板2 µL,上下游引物各1 µL,2×mix 16 µL。反应条件为:94 ℃预变性10 min,94 ℃变性30 s,52 ℃退火40 s,72 ℃ 40 s,72 ℃延伸5 min,循环36次,再72 ℃延伸5 min。PCR扩增产物用毛细管电泳仪进行分析。

1.3.4 抗生素的药物敏感性实验

mcr-1阳性菌株运用微量肉汤稀释法方法进行14种抗生素的敏感性实验,包括氨苄西林(Ampicillin,AMP)、氨苄西林/舒巴坦(Ampicillin/Sulbactam,AMS)、头孢唑啉(Cefazolin,CFZ)、头孢噻肟(Cefotaxime,CTX)、头孢西丁(Cefoxitin,CFX)、头孢他啶(Ceftazidime,CAZ)、氯霉素(Chloramphenicol,CHL)、环丙沙星(Ciprofloxazole,CIP)、庆大霉素(Gentamicin,GEN)、亚胺培南(Imipenem,IPM)、萘啶酸(Nalidixic acid,NAL)、四环素(Tetracycline,TET)、甲氧苄啶/磺胺甲𫫇唑(Trimethoprim/Sulfamethoxazole,SXT)。用纯培养的细菌和5 mL去离子水配制0.5 McF菌悬液,吸取定量0.5 McF菌悬液到MH肉汤管中,用于药敏检测板接种,以ATCC 25922大肠埃希氏菌作为质控菌株,以CLSI-100进行判

6

1.3.5 mcr-1阳性菌株PFGE分析

参照美国疾控中心PulseNet中用于大肠埃希氏菌的PFGE标准方法进行操作,选用沙门菌H9812作为标准菌。在细胞悬浮液CSB中加入过夜培养细菌,调整菌液浓度至4.0~4.5 McF,取400 µL至1.5 mL离心管中,再加入20 µL蛋白酶K和1%Seakem Gold凝胶,凝固后加入裂解液和蛋白酶K裂解,随后用水和TE重复洗涤。胶块经XbaⅠ进行酶切后电泳,染色成像。图像转换后应用BioNumberic数据库软件处理,选择Dice相关系数和UPGMA进行聚类分

7-8

1.3.6 耐药基因质粒接合试验

以13株阳性菌株为供体菌,本实验室内保存的具有叠氮钠抗性的E.coli J53为受体菌,该菌未携带mcr-1基因。方法参考文献[

9]。

分别将供体菌和受体菌E.coli J53划线于含200 µg/mL叠氮钠和2 µg/mL黏菌素的Luria-Bertani(LB)药板上,以及两种药的联合药板上观察生长情况,确保供体菌只在2 µg/mL黏菌素的LB药板上生长,受体菌只在200 µg/mL叠氮钠的LB药板上生长。

分别挑供体菌和受体菌单菌落接种于3 mL LB 肉汤,37 ℃摇床过夜培养。

分别取供、受体菌150 µL和200 µL于2 mL LB肉汤37 ℃摇床培养3 h后,将供、受体菌按1∶4的比例混合均匀,取100 µL滴于不含药的普通LB琼脂上37 ℃温箱过夜培养。刮取LB琼脂板适量的菌苔于500 µL生理盐水,并在含有2 µg/mL黏菌素和200 µg/mL叠氮钠的双药LB板上划线培养24 h,分别在普通麦康凯平板和联合双药LB板上划线过夜培养筛选J53接合子,再对接合子用PCR鉴定是否含有mcr-1基因。

2 结果

2.1 mcr-1阳性菌株检出情况

从70份肉鸡中共检出13株携带mcr-1基因大肠埃希氏菌,检出率18.57%(13/70)。其中,从绵阳检出6株mcr-1基因大肠埃希氏菌,检出率最高,为42.86%(6/14);其次是资阳,检出率为28.57%(2/7),见表1

表 1  mcr-1阳性菌株来源
Table 1  The origin of the mcr-1 positive strains
地点样本量阳性样本数分离率/%菌株编号
雅安 14 2 14.29 2019042D、2019039D
德阳 14 2 14.29 2019048D、2019054D
资阳 7 2 28.57 2019060D、2019064D
眉山 14 1 7.14 2019080D
绵阳 14 6 42.86

2019084D、2019098D、

2019087D、2019096D、

2019094D、2019099D

成都 7 0 0
合计 70 13 18.57

2.2 mcr-1阳性菌株对常见抗菌药物的药敏试验结果

药敏结果显示,13株mcr-1阳性菌株有12株对头孢西丁敏感,对其他抗生素都表现出不同程度的耐药,见表2。其中TET和SXT耐药率最高,达到了100%(13/13);其次是AMP和CHL,耐药率为84.62%(11/13);NAL耐药率为69.23%;CFZ和CTX耐药率也达到了61.54%(图1)。13株mcr-1阳性菌株中除2019048D菌株只对TET和SXT2种药表现耐药以外,其他12株菌株均有3种及3种以上耐药,占比为92.3%,表现出严重的多重耐药(图2)。

表 2  13株阳性菌株耐药情况
Table 2  drug resistance of 13 positive strains
抗生素种类耐药(R)中介(I)敏感(S)耐药率/%
氨苄西林(AMP) 11 0 2 84.62
氨苄西林/舒巴坦(AMS) 6 5 2 46.15
头孢唑啉(CFZ) 8 3 2 61.54
头孢噻肟(CTX) 8 0 5 61.54
头孢西丁(CFX) 0 1 12 0.00
头孢他啶(CAZ) 1 1 11 7.69
氯霉素(CHL) 11 0 2 84.62
环丙沙星(CIP) 7 1 5 53.85
庆大霉素(GEN) 4 3 6 30.77
亚胺培南(IMP) 1 0 12 7.69
萘啶酸(NAL) 9 0 4 69.23
阿奇霉素 2 0 11 15.38
四环素(TET) 13 0 0 100.00
甲氧苄啶/磺胺甲恶唑(SXT) 13 0 0 100.00

图 1  mcr-1阳性菌株对常见抗生素耐药情况

Figure 1  the situation of the mcr-1 positive strains to common antibiotics

图 2  mcr-1阳性菌株多重耐药情况

Figure 2  multiple drug resistance in mcr-1 positive strains

2.3 mcr-1阳性菌株PFGE结果

13株阳性大肠埃希氏菌XbaⅠ酶切PFGE条带数目在13~21条,聚类分析显示13株菌株分属13个不同型别,未出现同源性高于85%的菌株(图3)。

图 3  mcr-1阳性菌株PFGE分型结果

Figure 3  PFGE typing results of mcr-1 positive strain

2.4 耐药基因质粒结合试验结果

通过观察,麦康凯上菌落形态与J53形态一致,颜色都为桃红色并且都能在LB双药板上正常生长,判定为结合子。同时通过PCR对结合子进行mcr-1基因检测,13株均为阳性(图4),mcr-1阳性大肠埃希氏菌均与受体菌结合成功。

图 4  结合子mcr-1基因毛细管电泳仪检测

Figure 4  Detection of binding mcr-1 gene by capillary electrophoresis

3 讨论

20世纪50年代,为促进畜禽的生长和预防疾病,多黏菌素类药物被各国作为饲料添加剂应用于养殖

10-11。我国的肉类产量位居世界之首,每年产生的粪料和抗生物残留物量也比较大,抗生素的降解物通过不合理方式排放到环境中,可能会增加耐药菌的传播。2016年,根据多黏菌素安全性评价结果,我国农业部发布公告停止多黏菌素作为生长促进剂。

本文从70份鸡直肠样本中筛选出13份mcr-1阳性菌株,检出率18.57%,高于2008—2015年猪禽源大肠埃希氏菌中筛选的mcr-1阳性菌株检出率(15.74%

12、2016年我国东三省检测的鸡源大肠埃希氏菌mcr-1阳性检出率(15.3%13、2012—2014年宠物源肠杆菌科细菌mcr-1的阳性率(分别为9.0%、4.29%和12.72%14;但低于2014—2015年整个肉鸡产业链条中大肠埃希氏菌mcr-1的检出率(36.4%14;这可能是由于饲养过程中使用不同剂量添加剂造成的。所以2017年以前多黏菌素作为饲料添加剂在肉鸡养殖中的大量使用为mcr-1的传播提供了选择性压力;但与杨永亚4从河南、湖北、江西等7个省分离出的182株鸡源大肠杆菌中mcr-1阳性检出率(18.13%)相差无几,本研究结果与其他研究结果存在一定的差异,可能是由于不同的地理位置养殖场针对微生物感染风险不同。从本文来看,2016年底开始禁止使用多黏菌素后在短时间内效果不明显。因2016年11月才开始禁用多黏菌素,且在2016年10月31日前生产的产品仍可继续流通使用,市场流通中的多黏菌素量未知,所以尚不能从本文来评估此政策的实施效果,需继续长期监测。

本研究中,13株mcr-1阳性菌株均对13种抗生素表现出不同程度的耐药性,且超过90%(12/13)表现出严重的多重耐药,耐药种类最高达11种抗生素。养殖过程中长期不合理使用抗生素产生了选择性压力,也导致了多重耐药的增高,多黏菌素作为抗生素的最后一道防线,降低耐药率和遏制其传播迫在眉睫。

PFGE是基于菌株的DNA指纹原理来明确菌株之间的关联、传染源和传播途径,目前已广泛用于分析不同来源菌株是否关联集中暴

15。本研究13株mcr-1阳性大肠埃希氏菌来源于不同的城市,且分属不同的PFGE型别。从不同地区的样本来看,绵阳检出率最高,但PFGE型别相似度极低,提示分型期间尚无mcr-1阳性大肠埃希氏菌株的克隆传播。

耐多黏菌素的耐药基因多种且变异亚型多,这种多样性导致细菌适应外界抗生素压力,引起多黏菌素的耐药水平和传播能力的改变。由于mcr-1基因可以通过接合性质粒,在大肠埃希氏菌、沙门菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌和肺炎克雷伯菌等不同宿主之间广泛传

16,13株mcr-1阳性大肠埃希氏菌质粒接合试验成功再次验证此类耐药基因可以通过水平转移传递。动物源肠杆菌所携带的mcr-1可以通过食物链扩散到人类,从而导致多重耐药病原菌的暴发流行,给临床治疗带来困难。

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