تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی

تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی

تعیین انواع پلاسمید بر اساس تیپ رپلیکون و مقایسه آن با انواع شیگاتوکسین و اینتیمین جدایه‌های حیوانی اشریشیاکلی شیگاتوکسیژنیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علی نعمتی 1
مهدی عسکری بدوئی 2
غلامرضا هاشمی تبار 3
1 دانشجوی دکتری تخصصی باکتری‌شناسی، گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 استادیار، گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 استاد، گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
10.22034/nfvm.2024.434828.1222
چکیده
سویه‌های پاتوتیپ اشریشیاکلی شیگاتوکسیژنیک (STEC) باعث بیماری‌های خطرناکی همچون کولیت هموراژیک (HC) و سندرم همولیتیک اورمیک (HUS) در انسان می‌شوند. در حال حاضر، یکی از چالش‌های مهم در کنترل عفونت‌های ناشی از STEC، ردیابی و شناسایی به موقع سویه‌های بیماری‌زا در نمونه‌های محیطی، غذایی و بالینی است. برای این منظور از ژن‌های stx و eae به همراه ژن‌های اختصاصی سروگروپ‌ها در دو پروتوکل استاندارد در اتحادیه اروپا (ISO/TS 13136) و آمریکا (MLG5B.05) استفاده می‌شود. در پژوهش حاضر، به بررسی انواع رپلیکون‌ها و مقایسه آن با سروگروپ‌های مهم بیماری‌زا و سویه‌های stx2 مثبت پرداخته شد تا با شناسایی رپلیکون‌های مهم، بتوان در قدم بعدی از ژن‌های حدت کدشونده بر روی این نوع پلاسمیدها به‌عنوان مارکرهای جایگزین روش‌های ISO/TS 13136 و MLG5B.05 استفاده نمود. بر این اساس، 96 جدایه STEC به دست آمده از میزبان‌های مختلف حیوانی در قالب PCR های تکی و Multiplex PCR ارزیابی شدند. از میان 82 سویه STEC دارای پلاسمید، به‌ترتیب رپلیکون‌های (82/69) FIB با 1/84% ، (82/21) K/B با 6/25% ، (82/11) B/O با 4/13% ، (82/8) P با 7/9% ، (82/6) Y با 3/7% ، (82/3) FIA با 6/3% ، (82/3) I1 با 6/3% و (82/1) L/M با 2/1% بیشترین فراوانی را داشتند. در این مطالعه اگرچه فراوانی پلاسمیدهای FIB قابل توجه بود، اما در مورد سویه‌های بیماری‌زا STEC، ارتباط آنها با پلاسمید K/B نشان داده شد، به‌طوری که بیشترین جدایه‌های STEC دارای الگوی stx2 + eae + ehxA واجد این رپلیکون بودند. بررسی ارتباط نوع پلاسمید با تحت تیپ‌های ژن stx2 و تعیین محتوای ژنتیکی این پلاسمیدها جهت ارزیابی حدت و شناسایی مارکر ژنتیکی احتمالی از محتوای پلاسمیدی پیشنهاد می‌شود.
کلیدواژه‌ها
اشریشیاکلی شیگاتوکسیژنیک
پلاسمید
رپلیکون
مارکر

موضوعات

عنوان مقاله English

Plasmid Replicon Typing and Comparison with Virulent Strains of Shiga Toxin-Producing Escherichia coli Isolates in Animal Sources

نویسندگان English

Ali Nemati 1
Mahdi Askari Badouei 2
GholamReza HashemiTabar 3
1 PhD Student in Bacteriology, Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Assistant Professor, Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Professor, Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) strains are responsible for severe human diseases, such as hemorrhagic colitis (HC) and hemolytic-uremic syndrome (HUS). Controlling infections associated with STEC poses a significant challenge, particularly in the timely tracking and identification of pathogenic strains in environmental, food, and clinical samples. Currently, the detection protocols in the European Union (ISO/TS 13136) and the United States (MLG5B.05) rely on the genes stx and eae, along with specific serogroup-associated genes. Here, we investigated various replicons and compared them with major pathogenic serogroups and stx2-positive strains to identify crucial replicons that can potentially harbor virulence genes, overcoming the limitations of ISO/TS 13136 and MLG5B.05 methodologies by focusing on the virulence genes encoded on these plasmids as alternative markers. Ninety-six STEC isolates from various animal hosts were subjected to single and multiplex PCR assays. Among the 82 STEC strains carrying plasmids, the prevalence of different replicons, including FIB (69/82, 84.1%), K/B (21/82, 25.6%), B/O (11/82, 13.4%), P (8/82, 9.8%), Y (6/82, 7.3%), FIA (3/82, 3.7%), I1 (3/82, 3.7%), and L/M (1/82, 1.2%), was determined. While the frequency of FIB plasmids was notable, an association between pathogenic STEC strains and K/B plasmids was observed. Most STEC isolates carrying the stx2 + eae + ehxA gene pattern were associated with K/B replicon. The study suggests examining the correlation between plasmid types and stx2 gene subtypes and determining the genetic content of these plasmids to assess virulence and identify potential genetic markers.

1- Kaper JB, Nataro JP, Mobley HLT. Pathogenic Escherichia coli. Nat Rev Microbiol. 2004; 2(2): 123–40.
2- Donnenberg MS, Whittam TS. Pathogenesis and evolution of virulence in enteropathogenic and enterohemorrhagic Escherichia coli. J Clin Invest. 2001; 107(5): 539–48.
3- Badouei MA, Taban H, Nemati A, Santos LF Dos. Molecular serotyping of Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) of animal origin in Iran reveals the presence of important non-O157 seropathotypes. Vet Res Forum. 2023; 14(5): 267–74.
4- Donnenberg M. Escherichia coli: pathotypes and principles of pathogenesis. Academic Press. 2013. 1–273.
5- Ohnishi M, Terajima J, Kurokawa K, Nakayama K, Murata T, Tamura K, et al. Genomic diversity of enterohemorrhagic Escherichia coli O157 revealed by whole genome PCR scanning. Proc Natl Acad Sci. 2002; 99(26): 17043–8.
6- European Centre for Disease Prevention and Control. Chlamydia infection. In: EC. STEC infection; Annual Epidemiological Report for 2021. DC Annu Epidemiol Rep 2021. Stockholm: ECDC; 2022.
7- Johnson TJ, Wannemuehler YM, Johnson SJ, Logue CM, White DG, Doetkott C, et al. Plasmid replicon typing of commensal and pathogenic Escherichia coli isolates. Appl Environ Microbiol. 2007; 73(6): 1976–83.
8- Carattoli A, Bertini A, Villa L, Falbo V, Hopkins KL, Threlfall EJ. Identification of plasmids by PCR-based replicon typing. J Microbiol Methods. 2005; 63(3): 219–28.
9- Delannoy S, Beutin L, Fach P. Towards a molecular definition of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC): detection of genes located on O island 57 as markers to distinguish EHEC from closely related enteropathogenic E. coli strains. J Clin Microbiol. 2013; 51(4): 1083–8.
10- Delannoy S, Tran ML, Fach P. Insights into the assessment of highly pathogenic Shiga toxin-producing Escherichia coli in raw milk and raw milk cheeses by High Throughput Real-time PCR. Int J Food Microbiol. 2022; 366: 109564.
11- Bellwood B, Andrasik‐Catton M. Veterinary Technician’s Handbook of Laboratory Procedures. John Wiley & Sons. 2023.
12- Cappucino JC, Sherman N. Microbiology: a laboratory manual. Benjamin/Cumming Pub. Co., New York; 1992.
13- Dashti AA, Jadaon MM, Abdulsamad AM, Dashti HM. Heat treatment of bacteria: a simple method of DNA extraction for molecular techniques. Kuwait Med J. 2009; 41(2): 117–22.
14- Paton AW, Paton JC. Detection and characterization of shiga toxigenic Escherichia coli by using multiplex PCR assays for stx1, stx2, eaeA, enterohemorrhagic E. coli hlyA, rfb(O111), and rfb(O157). J Clin Microbiol. 1998; 36(2): 598–602.
15- Schmidt H, Scheef J, Morabito S, Caprioli A, Wieler LH, Karch H. A new Shiga toxin 2 variant (Stx2f) from Escherichia coli isolated from pigeons. Appl Environ Microbiol. 2000; 66(3): 1205–8.
16- Sánchez S, Llorente MT, Echeita MA, Herrera-León S. Development of three multiplex PCR assays targeting the 21 most clinically relevant serogroups associated with Shiga toxin-producing E. coli infection in humans. PLoS One. 2015; 10(1): 1–11.
17- DebRoy C, Roberts E, Fratamico PM. Detection of O antigens in Escherichia coli. Anim Heal Res Rev. 2011; 12(2): 169–85.
18- Iguchi A, Iyoda S, Seto K, Morita-Ishihara T, Scheutz F, Ohnishi M. Escherichia coli O-genotyping PCR: A comprehensive and practical platform for molecular O serogrouping. J Clin Microbiol. 2015; 53(8): 2427–32.
19- Istituto Superiore di Sanità. Identification of the VTEC serogroups mainly associated with human infections by conventional PCR amplification of O-associated genes. EU Ref Lab E coli. 2020; 1–8.
20- Liu Y, DebRoy C, Fratamico P. Sequencing and analysis of the Escherichia coli serogroup O117, O126, and O146 O-antigen gene clusters and development of PCR assays targeting serogroup O117-, O126-, and O146-specific DNA sequences. Mol Cell Probes. 2007; 21(4): 295–302.
21- ISO (International Organization for Standardization). Microbiology of food and animal feed. Real-time polymerase chain reaction (PCR)-based method for the detection of food-borne pathogens. Horizontal method for the detection of Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) and the determination of O157, O11. Available online https://www.iso.org/standard/53328.html. 2012; ISO/TS 131.
22- Anonymous. Detection, isolation and identification of top seven Shiga Toxin producing Escherichia coli (STECs) from meat products and carcass and environmental sponges. Available online at https//www.fsis.usda gov/sites/default/files/media_file/2021-08/MLG-5C02.pdf. 2021.
23- Brandal LT, Tunsjø HS, Ranheim TE, Løbersli I, Lange H, Wester AL. Shiga toxin 2a in Escherichia albertii. Journal of clinical microbiology. United States. 2015; 53(4): 1454–5.
24- Ooka T, Tokuoka E, Furukawa M, Nagamura T, Ogura Y, Arisawa K, et al. Human gastroenteritis outbreak associated with Escherichia albertii, Japan. Emerg Infect Dis. 2013; 19(1): 144–6.
25- Asadi Karam M, Bouzari S, Oloomi M, Aslani M, Jafari A. Phenotypic and Genotypic Characterization of Enteropathogenic Escherichia coli  (EPEC) strains in Tehran, Iran. Iran J Microbiol. 2010; 2(1): 3–7.
26- Salaheen S, Kim SW, Springer HR, Hovingh EP, Van Kessel JAS, Haley BJ. Genomic diversity of antimicrobial-resistant and Shiga toxin gene-harboring non-O157 Escherichia coli from dairy calves. J Glob Antimicrob Resist. 2023; 33: 164–70.
27- Castro VS, Polo RO, de Souza Figueiredo EE, Bumunange EW, McAllister T, King R, et al. Inconsistent PCR detection of Shiga toxin-producing Escherichia coli: Insights from whole genome sequence analyses. PLoS One. 2021; 16(9): 1–26.
28- Berg ES, Wester AL, Ahrenfeldt J, Mo SS, Slettemeås JS, Steinbakk M, et al. Norwegian patients and retail chicken meat share cephalosporin-resistant Escherichia coli and IncK/blaCMY-2 resistance plasmids. Clin Microbiol Infect. 2017; 23(6): 407.e9-407.e15.
29- Bumunang EW, Zaheer R, Stanford K, Laing C, Niu D, Guan LL, et al. Genomic Analysis of Shiga Toxin-Producing E. coli O157 Cattle and Clinical Isolates from Alberta, Canada. Toxins (Basel). 2022; 14(9): 603.
30- Villa L, García-Fernández A, Fortini D, Carattoli A. Replicon sequence typing of IncF plasmids carrying virulence and resistance determinants. J Antimicrob Chemother. 2010; 65(12): 2518-2529.
تازه ها در میکروب شناسی دامپزشکی
دوره 7، شماره 1
بهار و تابستان
شهریور 1403
صفحه 97-110

  • تاریخ دریافت 19 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 14 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 22 اردیبهشت 1403