ПЦР-анализ присутствия вирулентных генов в изолятах E. coli из внешней среды в сравнении с изолятами из кала здоровых и больных воспалительными заболеваниями кишечника людей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Патогенные Escherichia coli являются значительной угрозой здоровью человека. Передача этого патогена осуществляется в том числе через объекты водной среды, окружающие человека.

Цель исследования — оценка наличия патогенных E. coli в поверхностных и сточных водах. Изоляты из скважин, сточных вод, вод бассейнов и поверхностных водных источников сравнивали с изолятами из кала здоровых людей и людей с воспалительными заболеваниями кишечника.

Материалы и методы. Для выявления генетических детерминант потенциальной вирулентности использовали метод ПЦР. Признаками патогенности были выбраны 19 вирулентных генетических детерминант: 11 токсинов, 5 адгезинов и инвазинов и 2 патогенных серотипа. ПЦР-детекцию генов антибиотикорезистентности карбапенемаз и детекцию патотипов E. coli проводили с помощью коммерческих наборов «Амплисенс» согласно протоколу производителя. Проанализировано 47 изолятов E. coli, выделенных из водных объектов окружающей среды (ВООС), 44 изолята из кала практически здоровых людей, 43 изолята из кала больных воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК).

Результаты. В целом выявлено сходство группы ВООС и группы, выделенной от здоровых людей. В этих группах выявили 2 типа патогенных детерминанант — токсины CNF1, CNF2 и инвазин einv. Значительно отличаются от этих групп изоляты группы ВЗК. Только в этой группе детектированы регулятор адгезии aggR, инвазивный плазмидный антиген ipaH, гемолизин hly и ген антибиотикоустойчивости NDM. Ген CNF1 выявлялся среди ВЗК достоверно чаще, чем в других группах. Единственный выявленный патотип E. coli, энтероаггрегационный, присутствовал исключительно среди изолятов этой группы.

Ограничения исследования. В рамках данного исследования не удалось сравнить между собой различные объекты внешней среды (поверхностные воды и сточные, объекты очистных сооружений и т. д.) по патогенному бактериальному потенциалу в силу недостаточной представленности каждого типа таких объектов в анализируемой выборке. Это будет предметом наших дальнейших исследований.

Заключение. Патогенный потенциал изолятов E. coli из водных источников близок к таковому у изолятов из кала здоровых людей.

Участие авторов:
Пай Г.В. — концепция и дизайн исследования, выполнение экспериментальной работы, статистическая обработка, написание текста, редактирование;
Ракитина Д.В. — выполнение экспериментальной работы, написание текста, редактирование;
Панькова М.Н. — сбор и обработка материала, выделение изолятов и посев культур;
Федец З.Е. — сбор и обработка материала, выделение изолятов и посев культур;
Мания Т.Р. — редактирование;
Загайнова А.В. — редактирование;
Юдин С.М. — редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование проведено в рамках НИР «Разработка технологий криоконсервации и архивирования биообразцов микроэкологических ресурсов человека (шифр «Криобанк»)», № АААА-А18-118020590091-2, НИР «Разработка унифицированных методов, включающих отбор проб, для осуществления определения микробиологического и паразитологического загрязнения сточных вод» (шифр «Сточные воды») № АААА-А21-121011190012-3.

Поступила: 01.03.2022 / Принята к печати: 12.04.2022 / Опубликована: 31.05.2022

Об авторах

Г. В. Пай

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7086-0899
Россия

Д. В. Ракитина

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-3554-7690
Россия

М. Н. Панькова

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9133-3665
Россия

З. Е. Федец

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Тамари Резоевна Мания

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: tmaniya@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0002-6295-661X

Науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия.

e-mail: TManiya@cspmz.ru

Россия

А. В. Загайнова

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4772-9686
Россия

С. М. Юдин

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-7942-8004
Россия

Список литературы

  1. Kaper J.B., Nataro J.P., Mobley H.L. Pathogenic Escherichia coli. Nat. Rev. Microbiol. 2004; 2(2): 123-40. https://doi.org/10.1038/nrmicro818
  2. Mull B., Hill V.R. Recovery and detection of Escherichia coli O157:H7 in surface water, using ultrafiltration and real-time PCR. Appl. Environ. Microbiol. 2009; 75(11): 3593-7. https://doi.org/10.1128/AEM.02750-08
  3. Chern E.C., Tsai Y.L., Olson B.H. Occurrence of genes associated with enterotoxigenic and enterohemorrhagic Escherichia coli in agricultural waste lagoons. Appl. Environ. Microbiol. 2004; 70(1): 356-62. https://doi.org/10.1128/aem.70.1.356-362.2004
  4. Hamilton M.J., Hadi A.Z., Griffith J.F., Ishii S., Sadowsky M.J. Large scale analysis of virulence genes in Escherichia coli strains isolated from Avalon Bay, CA. Water Res. 2010; 44(18): 5463-73. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.06.058
  5. Lauber C.L., Glatzer L., Sinsabaugh R.L. Prevalence of pathogenic Escherichia coli in recreational waters. J. Great Lakes Res. 2003; 29(2): 301-6. https://doi.org/10.1016/S0380-1330(03)70435-3
  6. Sidhu J.P., Ahmed W., Hodgers L., Toze S. Occurrence of virulence genes associated with Diarrheagenic pathotypes in Escherichia coli isolates from surface water. Appl. Environ. Microbiol. 2013; 79(1): 328-35. https://doi.org/10.1128/AEM.02888-12
  7. Reynolds C., Checkley S., Chui L., Otto S., Neumann N.F. Evaluating the risks associated with Shiga-toxin-producing Escherichia coli (STEC) in private well waters in Canada. Can. J. Microbiol. 2020; 66(5): 337-50. https://doi.org/10.1139/cjm-2019-0329
  8. Fagerström A., Mölling P., Khan F.A., Sundqvist M., Jass J., Söderquist B.Comparative distribution of extended-spectrum beta-lactamase-producing Escherichia coli from urine infections and environmental waters. PLoS One. 2019; 14(11): e0224861. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224861
  9. Bleichenbacher S., Stevens M.J.A., Zurfluh K., Perreten V., Endimiani A., Stephan R., et al. Environmental dissemination of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae in rivers in Switzerland. Environ. Pollut. 2020; 265(Pt. B): 115081. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115081
  10. Jang J., Suh Y.S., Di D.Y.W., Unno T., Sadowsky M.J., Hur H.G. Pathogenic Escherichia coli strains producing extended-spectrum β-lactamases in the Yeongsan River basin of South Korea. Environ. Sci. Technol. 2013; 47(2): 1128-36. https://doi.org/10.1021/es303577u
  11. Diab M., Hamze M., Bonnet R., Saras E., Madec J.Y., Haenni M. Extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)- and carbapenemase-producing Enterobacteriaceae in water sources in Lebanon. Vet. Microbiol. 2018; 217: 97-103. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2018.03.007
  12. Montero L., Irazabal J., Cardenas P., Graham J.P., Trueba G. Extended-spectrum beta-lactamase producing-Escherichia coli isolated from irrigation waters and produce in Ecuador. Front. Microbiol. 2021; 12: 709418. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.709418
  13. Scotta C., Juan C., Cabot G., Oliver A., Lalucat J., Bennasar A., et al. Environmental microbiota represents a natural reservoir for dissemination of clinically relevant metallo-β-lactamases. Antimicrob. Agents Chemother. 2011; 55(11): 5376-9. https://doi.org/10.1128/aac.00716-11
  14. Walsh T.R., Weeks J., Livermore D.M., Toleman M.A. Dissemination of NDM-1 positive bacteria in the New Delhi environment and its implications for human health: an environmental point prevalence study. Lancet Infect. Dis. 2011; 11(5): 355-62. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(11)70059-7
  15. Baquero F., Martınez J.L., Canton R. Antibiotics and antibiotic resistance in water environments. Curr. Opin. Biotechnol. 2008; 19(3): 260-5. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2008.05.006
  16. Winfield M.D., Groisman E.A. Role of nonhost environments in the lifestyles of Salmonella and Escherichia coli. Appl. Environ. Microbiol. 2003; 69(7): 3687-94.
  17. Ishii S., Sadowsky M.J. Escherichia coli in the environment: implications for water quality and human health. Microbes Environ. 2008; 23(2): 101-8. https://doi.org/10.1264/jsme2.23.101
  18. Bagley S.T. Habitat association of Klebsiella species. Infect. Control. 1985; 6(2): 52-8. https://doi.org/10.1017/s0195941700062603
  19. Wellington E.M.H., Boxall A.B.A., Cross P., Feil E.J., Gaze W.H., Hawkey P.M., et al. The role of the natural environment in the emergence of antibiotic resistance in Gram-negative bacteria. Lancet Infect. Dis. 2013; 13(2): 155-65. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(12)70317-1
  20. Ramirez M.S., Traglia G.M., Lin D.L., Tran T., Tolmasky M.E. Plasmid-mediated antibiotic resistance and virulence in gram-negatives: the Klebsiella pneumoniae paradigm. Microbiol. Spectr. 2014; 2(5). https://doi.org/10.1128/microbiolspec.PLAS-0016-2013
  21. Pass M.A., Odedra R., Batt R.M. Multiplex PCRs for identification of Escherichia coli virulence genes. J. Clin. Microbiol. 2000; 38(5): 2001-4. https://doi.org/10.1128/JCM.38.5.2001-2004.2000
  22. Paton A.W., Paton J.C. Detection and characterization of Shiga toxigenic Escherichia coli by using multiplex PCR assays for stx1, stx2, eaeA, Enterohemorrhagic E. coli hlyA, rfbO111, and rfbO15. J. Clin. Microbiol. 1998; 36(2): 598-602. https://doi.org/10.1128/JCM.36.2.598-602.1998
  23. Toma C., Lu Y., Higa N., Nakasone N., Chinen I., Baschkier A., et al. Multiplex PCR assay for identification of human diarrheagenic Escherichia coli. J. Clin. Microbiol. 2003; 41(6): 2669-71. https://doi.org/10.1128/JCM.41.6.2669-2671.2003
  24. Compain F., Babosan A., Brisse S., Genel N., Audo J., Ailloud F., et al. Multiplex PCR for detection of seven virulence factors and K1/K2 capsular serotypes of Klebsiella pneumoniae. J. Clin. Microbiol. 2014; 52(12): 4377-80. https://doi.org/10.1128/JCM.02316-14
  25. Clermont O., Bonacorsi S., Bingen E. Rapid and simple determination of the Escherichia coli phylogenetic group. Appl. Environ. Microbiol. 2000; 66(10): 4555-8. https://doi.org/10.1128/AEM.66.10.4555-4558.2000
  26. Анализ произвольных таблиц сопряженности с использованием критерия хи-квадрат. Онлайн калькулятор. Доступно: https://medstatistic.ru/calculators/calchit.html
  27. Hofman P., Le Negrate G., Mograbi B., Hofman V., Brest P., Alliana-Schmid A., et al. Escherichia coli cytotoxic necrotizing factor-1 (CNF-1) increases the adherence to epithelia and the oxidative burst of human polymorphonuclear leukocytes but decreases bacteria phagocytosis. J. Leukoc. Biol. 2000; 68(4): 522-8.
  28. Gall-Mas L., Fabbri A., Namini M.R.J., Givskov M., Fiorentini C., Krejsgaard T. The bacterial toxin CNF1 induces activation and maturation of human monocyte-derived dendritic cells.Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(5): 1408. https://doi.org/10.3390/ijms19051408
  29. Desvaux M., Dalmasso G., Beyrouthy R., Barnich N., Delmas J., Bonnet R. Pathogenicity factors of genomic islands in intestinal and extraintestinal Escherichia coli. Front. Microbiol. 2020; 11: 2065. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.02065
  30. Ong C.L., Beatson S.A., Totsika M., Forestier C., McEwan A.G., Schembri M.A. Molecular analysis of type 3 fimbrial genes from Escherichia coli, Klebsiella and Citrobacter species. BMC Microbiol. 2010; 10: 183. https://doi.org/10.1186/1471-2180-10-183
  31. Yeh K.M., Lin J.C., Yin F.Y., Fung C.P., Hung H.C., Siu L.K., et al. Revisiting the importance of virulence determinant magA and its surrounding genes in Klebsiella pneumoniae causing pyogenic liver abscesses: exact role in serotype K1 capsule formation. J. Infect. Dis. 2010; 201(8): 1259-67. https://doi.org/10.1086/606010

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Пай Г.В., Ракитина Д.В., Панькова М.Н., Федец З.Е., Мания Т.Р., Загайнова А.В., Юдин С.М., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.