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2019-06-04浏览量:1100

『锐帮读』鼠伤寒血清型肠道沙门氏菌全基因组测序:探究早期的氨苄青霉素耐药性

导读

氨苄青霉素是第一种对肠杆菌科(Enterobacteriaceae)具有抗菌活性的半合成青霉素,于1961年投放市场。具有氨苄青霉素耐药性的鼠伤寒血清型肠道沙门氏菌引起疾病的爆发,并首次于1962年和1964年在英国被鉴定出来。本研究通过对1911年至1969年期间,从来自四大洲的31个国家中分离出的288株伤寒沙门氏菌进行药敏实验,然后对具有氨苄青霉素抗性的菌进行抗性转移实验,并对其中的225株菌进行了全基因组测序,以确定氨苄青霉素耐药性的种群结构及机制,以及历史早期分离的鼠伤寒血清型肠道沙门氏菌中出现这种耐药性的时间。

 

文献ID

题目:Early transmissible ampicillin resistance in zoonotic Salmonella enterica serotype Typhimurium in the late 1950s: a retrospective, whole-genome sequencing study

译文:关于20世纪50年代鼠伤寒血清型肠道沙门氏菌的可传播氨苄青霉素耐药性研究:回顾性全基因组测序

期刊名:The Lancet Infectious Diseases

年份:2018      IF:25.148

通讯作者:Francois-Xavier Weill

单位:巴斯德研究所, 法国巴黎

 

材料与方法

测序平台

Illumina HiSeq 2500及PacBIO RS II平台

 

测序策略

单菌全基因组测序(225株鼠伤寒沙门氏菌使用Illumina HiSeq进行全基因组测序,并对其中的一株ExPB 5-59进行PacBIO测序,PacBIO中测序错误的序列用Illumina测序结果进行矫正)

 

研究成果

1、抗生素药敏实验

对分离出的288株鼠伤寒沙门氏菌进行32种抗菌药物的药敏实验,这288株菌来自于各种环境,包括人类、动物、食物、饲料,且来源于不同的地理位置,包括欧洲、非洲、亚洲、美国。253(88%)株菌对所有的抗生素都敏感,11(4%)株菌对氨苄青霉素耐药,且其中的7(2%)株还对其他抗生素耐药,包括磺胺类、甲氧苄啶、四环素、氨基甙类抗生素。1911至1960年之间(氨苄青霉素还没有投放到市场)分离出的107株菌中,3株具有氨苄青霉素抗性(图1)。

 

图1 分离出的鼠伤寒沙门氏菌中具有氨苄青霉素抗性及产β内酰胺酶的数量

 

2、菌株分型

对288株菌中的225(78%)株进行全基因组测序,另外63株没有测序,是因为其中53株具有相同的CRISPOL型(规律成簇的间隔短回文重复序列)且在5年内从相同的国家中分离出来,另外10株是因为它们是在2年内从相同国家分离出来的,且大多数来源未知或来源于宠物、啮齿类、鸟。

经过全基因组测序及序列组装,222(99%)株菌属于多位点序列分型(MLST)eBurst group 1型,1(0%)株属于MLST eBurst group 138型,2(1%)株属于MLST eBurst group 243型。最多的ST型是ST19型(201/225[89%]),其次是ST313型和ST19型(每种3/225[1%])。一共观察到123种CRISPOL型,且CRISPOL117型是最多的。

 

3、 抗生素耐药性

11株氨苄青霉素耐药性鼠伤寒沙门氏菌对于氨苄青霉素及青霉素G的最低抑制浓度(MICs)等于或大于256mg/L(图2)。对这11株菌的β内酰胺酶基因进行鉴定,9株具有blaTEM基因,2株具有blaOXA基因(表1)。56株没有β内酰胺酶基因的菌的氨苄青霉素的MIC中位值是1mg/L,青霉素G的MIC中位值是8mg/L。

 

图2 分离出的67株鼠伤寒沙门氏菌氨苄青霉素和青霉素G最低抑制浓度(MIC)

 

表1 分离出的11株具有氨苄青霉素耐药性鼠伤寒沙门氏菌

 

由Tn2转座子运载的频率最高的β内酰胺酶基因blaTEM-1B 在73%(8/11)的氨苄青霉素耐药性鼠伤寒沙门氏菌中发现。Tn2转座子位于不相容的质粒组中IncF(n=5)和IncX1(n=3)。在4个菌株中,Tn2转座子位于pSLT质粒上,且整合到pSLT质粒的三个不同的位点(图3)。在两个ST313型菌种(STM232-68和STM266-68,于1968年分别在法国和突尼斯获得)中Tn2转座子整合位点在pSLT-BT质粒上, 该质粒是从ST313型II家系中发现的耐药性质粒。

 

图3 四株氨苄青霉素耐药性鼠伤寒沙门氏菌中Tn2转座子在pSLT质粒中的整合位点

 

45kbp的IncX1型质粒pExPB5-59-1通过PacBio平台进行测序。该质粒存在于无性繁殖的ST19-CT160菌中,无Tn2转座子的pExPB5-59-1质粒类似于2000年代在墨西哥新发现的42.2kbp结合质粒Pyu39_IncX。在本研究中,5株鼠伤寒沙门氏菌具有IncX1质粒,但是没有抗生素抗性,这些质粒只有45—77%的序列与pExPB5-59-1相同。

 

在氨苄青霉素投放市场前分离出的三株氨苄青霉素抗性鼠伤寒沙门氏菌的Tn2转座子位于IncX1质粒(n=1)和IncF质粒(n=2)上, 且在IncF质粒的两个不同位点。

 

11株氨苄青霉素抗性鼠伤寒沙门氏菌进行抗性转移实验,鼠伤寒沙门氏菌STM 36-57 NalR作为受体菌株,于75mg/L的氨苄青霉素中筛选具有blaTEM基因的转化接合子。9株有含blaTEM基因的质粒的菌展现出氨苄青霉素抗性接合转移,2株有含blaOXA基因的质粒的菌不能将氨苄青霉素抗性接合转移。四种含有Tn2的质粒(ExPB 5-59菌中的IncX1质粒,STM 65-60菌和STM 110-60菌中的pSLT 衍生IncF质粒,STM 366-66菌中的NR1/R100衍生IncF质粒)在青霉素G的存在下进行转移。

 

4、系统进化树

基于32741个SNPs的全基因组系统进化树将11个氨苄青霉素抗性鼠伤寒沙门氏菌分成三组(图4)。最主要的组包括1959年至1969年从法国获得的具有氨苄青霉素抗性的菌(STM 127-67、STM 366-66、STM 345-66、ExPB 37-69、ExPB 63-67、ExPB 5-59和STM 84-67),它们含有四种类型的β内酰胺酶基因(blaTEM-1AblaTEM-1BblaOXA-1blaOXA-2),这七株菌属于包含13个欧洲西方和南方菌株的分支。第二组包括两个于1960年从突尼斯获得的ST19-CT896菌株 (STM 65-60 和 STM 110-60),它们属于包含14个ST19-CT117菌的分支,这个分支主要来源于法国、比利时、突尼斯的人类。第三组包括两个于1968年从法国和突尼斯获得的ST313-CT810菌株(STM 323-68 0和STM 266-68),它们属于包含6个ST302或ST313型菌的分支。

 

图4 氨苄青霉素耐药性鼠伤寒沙门氏菌的系统进化树(内环表示不同地理来源,外环表示β内酰胺酶基因)

 

研究结论

1、288株菌中有11(4%)株具有氨苄青霉素耐药性,因为具有β内酰胺酶基因(包括由多种质粒携带的blaTEM-1基因);

2、这11株菌属于系统进化树中的三组;

3、有氨苄青霉素售卖之前,分离出三株产生TEM-1 β内酰胺酶的菌:一株于1959年分离自法国,两株1960年分离自突尼斯。

 

亮点

全面系统地对1911年至1969年期间,从四大洲31个国家中分离出的鼠伤寒沙门氏菌进行细菌耐药性回顾研究。结合药敏实验、抗性转移实验以及全基因组测序,深度阐明历史早期分离的鼠伤寒血清型肠道沙门氏菌耐药性的出现,以及种群结构和机制。

 

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