tet(X4)阳性质粒在猪源、鸡源大肠杆菌中的适应性代价差异研究

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替加环素被视为抵御多重耐药革兰氏阴性菌感染的“最后一道防线”。但随着养殖业中介导替加环素高水平耐药基因tet(X4)的发现,替加环素耐药性问题渐渐引起了研究人员的关注。已有研究表明,tet(X4)基因在猪源大肠杆菌中分离率高于鸡源大肠杆菌,为探究造成该差异的原因,本文进行tet(X4)基因及携带tet(X4)的质粒在猪源、鸡源大肠杆菌中适应性代价差异研究,包括宿主菌的适应性代价、四环素药物压力下质粒稳定性及不同温度下tet(X4)阳性质粒的接合频率,以期探索tet(X4)在猪源、鸡源大肠杆菌中的流行率差异。首先,构建重组载体pUC19::tet(X4),将其转入大肠杆菌TOP10、猪源大肠杆菌SEC10及鸡源大肠杆菌E847中,进行适应性代价相关试验(包括生长试验、体外生长竞争试验、大蜡螟毒力试验、生物膜形成试验、运动性试验),比较tet(X4)在不同大肠杆菌中的适应性代价强弱。研究发现,tet(X4)基因在TOP10中表现出较高的适应性代价,tet(X4)不但没有对鸡源大肠杆菌造成适应性代价,反而提高了菌株的适应性,表现为生长速率加快、竞争指数升高、毒力增强。而tet(X4)对猪源大肠杆菌造成了一定的适应性代价,虽然未对生长情况、毒力产生影响,但是竞争试验中表现出的较低竞争指数。替加环素药物压力下,pUC19::tet(X4)在转化菌内能够稳定存在。tet(X4)基因在鸡、猪源大肠杆菌中的表达对细菌的负担较小,且稳定性较好,说明该基因可能在两种菌株中特别是鸡源大肠杆菌中流行。为了进一步研究猪源、鸡源tet(X4)阳性大肠杆菌分离率存在差异的原因,选择本实验室分离得到的6个tet(X4)阳性质粒(分属5个复制子类型)转入到大肠杆菌TOP10、猪源及鸡源大肠杆菌中,进行适应性代价研究。研究结果表明,tet(X4)质粒的大小与适应性代价大小相关性不大,相同tet(X4)阳性质粒转入猪源、鸡源大肠杆菌之后,在鸡源大肠杆菌中的适应性代价低,表现为竞争指数高、毒力强、运动能力强,而在猪源大肠杆菌中适应性代价高,表现为竞争指数低、毒力低。预测今后鸡源大肠杆菌的阳性分离率会逐渐提高。同时在替加环素压力下,进行tet(X4)阳性质粒稳定性试验,发现tet(X4)质粒在宿主菌内能够稳定存在。其次,为了探究tet(X4)耐药基因在养殖业中的高流行率是否与四环素类药物的使用有关,将之前获得的转化菌在无药、土霉素、四环素下进行传代培养,测定质粒稳定性,发现在无药肉汤下不稳定的质粒IncX1、IncFⅡ、IncA/C2以及IncFIA(HI1),IncHI1A,IncHI1B(R27),IncX1,能在土霉素和四环素药物压力下一定程度维持tet(X4)质粒的稳定性。因鸡及猪的体温不同,为进一步探究tet(X4)基因的传播是否与温度有关,将含有IncFⅡ及IncX1型质粒的转化菌及相对应传代菌作为供体菌,在37℃、42℃分别与受体菌EC600进行接合转移试验。结果发现,IncFⅡ型质粒在37℃、42℃接合频率无差异,预测该质粒在猪源、鸡源tet(X4)阳性大肠杆菌中传播水平没有明显差异。IncX1型质粒,在42℃时接合频率高,因此预测该质粒在鸡源tet(X4)阳性大肠杆菌中更容易流行传播。本文发现tet(X4)质粒在鸡源大肠杆菌中适应性代价低于猪源大肠杆菌,预测tet(X4)阳性菌株中鸡源大肠杆菌分离率会增高。研究中发现IncFⅡ型质粒转入猪源、鸡源大肠杆菌后适应性代价低,在无药、含药肉汤中传代质粒稳定性好,同时该质粒在37℃、42℃接合频率高,说明IncFⅡ型质粒可能是优势流行质粒。同时本研究证明畜禽养殖中四环素类药物的应用,能一定程度上促使tet(X4)在畜禽体内和养殖环境中的富集与转移。
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