第 26 卷第 2 期 207 年 4 月 激光生物学报 ACTA LASER BIOLOGY SINICA Vol.26No.2 Apr.207 doi:0.3969/j.isn.007 746.207.02.05 猪源大肠杆菌耐药质粒图谱及耐药性分析 彭苗苗,2, 邱美珍 2,3, 王慧 2,3, 周望平 2, 杜丽飞 2,3, 杨俊 2,2, 傅胜才 (. 湖南农业大学, 湖南长沙 4028;2. 湖南省畜牧兽医研究所, 湖南长沙 403; 3. 湖南鑫广安农牧股份有限公司, 湖南长沙 403) 摘要 : 目的 : 探讨猪大肠杆菌的耐药质粒图谱 耐药性及耐药基因之间的关系 方法 : 从湖南省株洲 益阳的四个猪场分离出 9 株大肠杆菌, 进行质粒电泳图谱分析 用 PCR 法检测耐喹诺酮类耐药基因 GyrA ParC 和耐四环素类耐药基因 TetA TetB, 并采用 Kirby bauer 法对这 9 株大肠杆菌进行药敏 (8 种抗生素 ) 试验 结果 : 其中 9 株大肠杆菌含有三条或者三条以上的质粒条带, 且其质粒谱型均不相同 ;9 株大肠杆菌均检测出 4 种耐药基因 GyrA ParC TetA 和 TetB;9 株大肠杆菌对所选用的抗生素存在不同程度的耐药性, 其中 7 株大肠杆菌对 0 种或 0 种以上的抗生素耐药, 最高对 3 种抗生素耐药, 氨苄西林 青霉素 阿莫西林 红霉素的耐药率达 00%, 对四环素 多西环素的耐药率达到 88.9%, 而多粘菌素 B 阿奇霉素 大观霉素耐药率较低 结论 : 耐药性与质粒条带数 耐药基因之间并无明显的相关性 ; 猪大肠杆菌呈多重耐药之势, 在治疗大肠杆菌病时最好根据药敏实验结果选用合适的抗生素 关键词 : 大肠杆菌 ; 耐药性 ; 质粒图谱 ; 耐药基因中图分类号 :S852.6 文献标志码 :A 文章编号 :007 746(207)02 083 07 AnalysisofResistancePlasmidProfilesandDrugResistanceof Escherichiacolifrom Swine PENGMiaomiao,2,QIUMeizhen 2,3,WANGHui 2,3,ZHOUWangping 2, DULifei 2,3,YANGJun 2,FUShengcai,2 (.HunanAgriculturalUniversity,Changsha4028,Hunan,China;2.HunanInstituteofAnimalandVeterinaryScience, Changsha403,Hunan,China;3.XinGuanganAgriculturalCorporation,Changsha403,Hunan,China) Abstract:Theaimofthisstudywastoinvestigatetherelationshipbetweentheplasmidprofiles,drugresistanceand drugresistancegenesinescherichiacoli.9strainsofescherichiacoliisolatedfromfourpigfarmsinhunanprovincewere analyzedtodetectthequinoloneresistancegenesgyra,parcandthetetracyclineresistancegenesteta,tetbbypcr, atthesametime,kirby bauermethodwasusedforthedrugsensitivityof9strainsofescherichiacoli(8kindsofanti bioticstest).theresultsshowedthat9strainsofescherichiacoliplasmidcontainingthreeormorethanthreebands, withamaximumof9bands;al9strainsofescherichiacoliweredetectedin4kindsofresistancegenesgyra,parc, TetAandTetB;9strainsofEscherichiacolihaddiferentdegreesofresistancetoantibiotics,including7strainsofEsch 收稿日期 :206 2 3; 修回日期 :207 02 05 基金项目 : 湖南现代农业产业技术体系生猪创新团队项目 ( 湘农业联 [205]); 湖南省自然科学基金 (2J3032) 作者简介 : 彭苗苗 (992-), 男, 湖南邵阳人, 硕士研究生, 主要从事动物疾病防控方面的研究 ( 手机 ) 5634747;( 电子邮箱 )80473232@qq.com 通讯作者 : 傅胜才 (963-), 男, 湖南娄底人, 研究员, 主要从事动物疾病防控方面的研究 ( 手机 )30796067; ( 电子邮箱 )shcamail@sina.com
84 激光生物学报第 26 卷 erichiacoliwereresistantto0ormorethan0kindsofantibiotics,withthehighestonereached3kindsofantibiotics, altestedbacteriaswerecompletelyresistanttoampicilin,penicilin,amoxicilin,erythromycin;theresistancerateto TetracyclineandToxycyclinereached88.9%,whiletheisolatedEscherichiacoliexhibitedthehighestsensitivitytoPoly myxinb,azithromycinandspectinomycin.thedrugresistanceandplasmidbandnumberandresistancegeneshaveno obviouscorelation;thedrugsensitivitytestwereadvisedtobeconductedforselectingappropriateantibioticsbeforethe treatmentofcolibacilosis. Keywords:Escherichiacoli;drugresistance;plasmid;drugresistancegene 大肠杆菌 (Escherichiacoli,E.coli) 是革兰氏阴性短杆菌, 是人及动物肠道的正常寄居菌, 构成肠道正常菌群的主要部分, 并具有重要的生理作用 人和动物出生后数小时大肠杆菌即可经口进入消化道后段, 大量繁殖 定居, 终生伴随, 并经粪便不断散播到周围环境 [], 一定条件下也可以成为致病菌, 根据不同的生物学特性将致病性大肠杆菌分为 6 类 : 肠致病性大肠杆菌 (EPEC) 肠产毒性大肠杆菌 (ETEC) 肠侵袭性大肠杆菌 (EIEC) 肠出血性大肠杆菌 (EHEC) 肠黏附性大肠杆 0 菌 (EAEC) 和弥散粘附性大肠杆菌 (DAEC) [2] 大肠杆菌感染引起的猪病主要有新生仔猪腹泻 断奶仔猪腹泻 (PWD) 水肿病 (ED) 败血症 多发性浆膜炎 大肠杆菌性乳房炎 (CM) 和尿路感染 (UTI) [3] 等 随着集约化养猪业的发展, 致病性大肠杆菌所导致的仔猪黄痢 仔猪白痢和水肿病, 是养猪场常发的传染病, 也是引起仔猪死亡的重要原因之一, 对养猪业造成较大的威胁和重大的经济损失 [4] 大肠杆菌是由质粒介导产生耐药性的细菌之一, 可携带含有多种耐药表型的耐药质粒, 并进行横向传播, 从而造成耐药性的菌间传递, 给疾病的防控带来困难 [5] 在大肠杆菌疾病的防控和治疗过程中抗生素广泛的不合理使用, 使其耐药形势越来越严峻, 呈现出耐药范围广 多重耐药 耐药率高的特点 ; 临床防治时通过药敏试验筛选敏感的抗生素进行治疗可以取得较好的效果 [6] 本文所用的质粒图谱分析广泛用于追踪细菌菌株的来源 提供耐药菌株耐药性的传播模式 菌株的鉴定和鉴别 [7] 作者从湖南省株洲和益阳的四个猪场分离出 8 株大肠杆菌, 并挑选了 9 株大肠杆菌对 8 种抗生素进行药敏试验, 可为分离的猪大肠杆菌病的治疗用药提供参考依据, 同时对分离菌进行耐药质粒检测 耐药基因和质粒图谱分析, 比较各菌株质粒谱型, 尝试发现耐药质粒 耐药基因 耐药性之间的关系 实验材料. 试验菌株 8 株猪大肠杆菌 ( 分别编号 2 9) 从湖南省共四个猪场病猪分离得到,6SrRNA 基因扩增测序鉴定为大肠杆菌 益阳市桃江县 号猪场分离得到 2 号和 3 号 ; 桃江县 2 号猪场分离得到 4 号和 5 号 ; 株洲市某猪场分离获得 6 0 号 ; 攸县某猪场分离得到 9 号 ; 大肠杆菌质控菌株 CMCC(B)4402 标记为 号, 购于中国兽药监察所.2 药敏试纸 8 种药敏试纸包括青霉素 (RA) 阿莫西林 (AMX) 氨苄西林 (AMP) 头孢噻吩 (CEP) 阿奇霉素 (AZM) 红霉素 (ERY) 卡那霉素 (KAN) 新霉素 (NEO) 大观霉素 (STP) 链霉素 (STR) 四环素 (TCY) 多西环素 (DOX) 林霉素 (LIN) 氟苯尼考 (FFC) 多粘菌素 B(POL) 恩诺沙星 (ENR) 诺氟沙星 (NOR) 和环丙沙星 (CIP) 等试纸购自杭州微生物试剂有限公司 2 实验方法 2. 药敏试验 药敏试验参照美国临床和实验室标准协会 (clinicalandlaboratorystandardsinstitute,clsi) 推荐的纸片琼脂扩散法 (Kirby bauer,k B) 进行, 测定时以质控菌株 CMCC(B)4402 作为参照, 结果判定以 [8] CLSI2009 年发布的第十九版标准进行, 分为耐药 (R) 中介 (I) 敏感 (S) 三种, 每株菌株的药敏试验均进行三次重复试验, 抑菌圈大小取三次试验的平均值后判定耐药结果 2.2 质粒提取 按照质粒小剂量提取试剂盒说明书提取质粒 2.3 质粒的凝胶电泳 使用 % 的琼脂糖凝胶电泳检测各菌株的质粒 DNA, 在 80V 电压下进行跑胶 60min, 并用凝胶成像仪记录实验结果 2.4 质粒大小的估算 使用 λdna/hindⅢ 作为 marker, 已知 λdna/ HindⅢ 在电泳图谱的 7 个条带对应的限制片段大
第 2 期 彭苗苗等 : 猪源大肠杆菌耐药质粒图谱及耐药性分析 85 小, 根据其相对迁移率建立标准曲线, 再以各菌株的质粒条带的迁移距离对应标准曲线, 从而计算出各质粒条带的大小 [9] 2.5 耐药基因检测 使用 PCR 对分离的大肠杆菌进行耐药基因的检测, 耐药基因 GyrA ParC [0] TetA 和 TetB [] 引物由华大基因生物科技有限公司合成, 序列如表 表 耐药基因引物序列 Tab. Primersequencesofdrugresistancegenes 耐药基因 Resistance gene GyrA F GyrA R ParC F ParC R teta F teta R tetb F tetb R 3 实验结果及分析 引物序列 (5 3 ) 产物长度 Oligonuclcotideprimersequences Size GGTGACGTAATCGGTAAATA ACCATGGTGCAATGCCACCA CTGGGTAAATACCATCCGCAC CGGTTCATCTTCATTACGAA GCTACATCCTGCTTGCCTTC CATAGATCGCCGTGAAGAGG TTGGTTAGGGGCAAGTTTTG GTAATGGGCCAATAACACCG 3. 药敏试验结果及多重耐药分析 80bp 987bp 20bp 59bp 药敏试验结果如表 2 所示, 所选菌株对所有抗生素均表现出不同的敏感程度, 包括耐药 中介和敏感 耐药谱结果显示 ( 表 3),9 株大肠杆菌的耐药谱均不相同, 耐药数都在 7 耐以上, 最高为 3 耐, 其中 7 株大肠杆菌对 0 种或 0 种以上的抗生素耐药,3 株大肠杆菌对 3 种抗生素耐药 表 2 9 株大肠杆菌药敏实验结果 Tab.2 Antimicrobialsusceptibilitytestresultsof9 strainsofescherichiacoli 菌株 Strain 2 3 6 7 9 4 8 AMP R R R R R R R R R PEN R R R R R R R R R AMX R R R R R R R R R CEP R I R S R R R S R AZM S R S R S S R R R ERY R R R R R R R R R KAN R S R S S S R R R NEO R S S S S S R I R STP S R S S S I S S S STR S S S R S R S S S TCY R R R R S R R R R DOX R R R R I R R R R LIN S S R R S R R R R FFC R R R S R R I I R POL S S S S S S S S I ENR R S R S S R S S S NOR R R R R R R S S S CIP R S R I S R S I S 注 :R 表示耐药 I 表示中介 S 表示敏感 Note:Rmeansresistance;Imeansintermediary;Smeanssensi tive 表 3 9 株大肠杆菌耐药谱 Tab.3 Antimicrobialsusceptibilityof9strainsofEscherichiacoli 耐药数量 Numbers 7 9 0 0 2 3 3 3 多重耐药表型 Antimicrobialresistancespectrum AMP/PEN/AMX/CEP/ERY/FFC/NOR AMP/PEN/AMX/AZM/ERY/KAN/TCY/DOX/LIN AMP/PEN/AMX/AZM/ERY/STP/TCY/DOX/FFC/NOR AMP/PEN/AMX/AZM/ERY/STR/TCY/DOX/LIN/NOR AMP/PEN/AMX/CEP/AZM/ERY/KN/NEO/TCY/DOX/LIN AMP/PEN/AMX/CEP/AZM/ERY/KAN/NEO/TCY/DOX/LIN/FFC AMP/PEN/AMX/CEP/ERY/KAN/NEO/TCY/DOX/FFC/ENR/NOR/CIP AMP/PEN/AMX/CEP/ERY/KAN/TCY/DOX/LIN/FFC/ENR/NOR/CIP AMP/PEN/AMX/CEP/ERY/STR/TCY/DOX/LIN/FFC/ENR/NOR/CIP 耐药菌株数 Strainnumbers
86 激光生物学报第 26 卷 进一步对耐药率进行分析发现,9 株大肠杆菌对 2 种抗生素的耐药率均大于 50%, 其中对氨苄西林 青霉素 阿莫西林 红霉素耐药率达到 00%, 对四环素 多西环素的耐药率为 88.9%, 对多粘菌素 B 大观霉素 链霉素 新霉素 恩诺沙星 环丙沙星较为敏感 ( 图 ) 图 9 株大肠杆菌耐药率 Fig. Resistancerateof9strainsEscherichiacoli 3.2 质粒电泳图谱及分析大肠杆菌质粒电泳图谱见图 2, 可知 9 株大肠杆菌的质粒图谱均不一样, 最少的有 3 个条带, 最多的有 9 个条带 ;λdna/hindⅢ 在电泳图谱的 7 个限制片段对应的迁移距离如表 4 表 4 λdna/hindⅢ 在电泳图谱的 7 个限制片段对应的迁移距离 Tab.4 Themigrationdistancecorespondingtothe7 restrictionfragmentsofλdna/hind I 限制片段序号 Restrictionfragment number 条带 (bp) Size 迁移距离 (mm) Migrationdistance 2330 2.20 2 946 5.36 3 6557 7.70 4 436 2.08 5 2322 27.70 6 2027 29.54 7 564 39.88 M,DL5000 相对分子质量标准 ;λ,λdna/hindⅢ 相对分子质量标准 ; 2 3 6 7 9 4 8, 大肠杆菌质粒 M,DL5000marker;lambda,lambdaDNA/Hind I relativemolecularmasstandard;,2,3,6,7,9,,8,escherichiacoliplasmid 图 2 9 株大肠杆菌的质粒电泳图 Fig.2 Plasmidelectrophoreticpaternof9strainsof Escherichiacoli 根据表 4 建立标准曲线, 其趋势线的方程为 y =29334x 2.89 (R 2 =0.9829), 如图 3 质粒条带大小为 y, 条带迁移距离为 x, 从而大致计算出 9 株大肠杆菌各质粒条带的大小, 因 20000bp 以上条带 使用此标准曲线计算的误差较大, 故本所出现质粒条带均指 20000bp 以下条带, 经计算可知 9 株大肠杆菌所含有各质粒条带大小, 结果见表 5, 可知 9 株大肠杆菌质粒谱型均不相同, 谱型条带大
第 2 期 彭苗苗等 : 猪源大肠杆菌耐药质粒图谱及耐药性分析 87 小范围是 0.574 03 9.065 03bp; 谱型 P 和 P2 都含有 6 个质粒条带, 是所有谱型中含条带数最多的两个谱型, 谱型 P8 和 P9 都只含有 2 个质粒条带, 是所有谱型中含条带数最少的两个谱型 ; 所有 9 个谱型中均有一个大小为 9.065kb 的条带,P P2 P3 P4 P5 P7 共 6 个谱型中出现了大小为.636kb 和.94kb 的条带 3.3 耐药基因检测结果对 9 株大肠杆菌的 4 种耐药基因检测结果如下, 9 株大肠杆均检测出 4 种耐药基因, 结果如图 4 图 3 质粒条带标准曲线 Fig.3 Plasmidstandardcurve 表 5 9 株大肠杆菌的质粒谱型 Tab.5 Plasmidprofilesof9strainsofEscherichiacoli 质粒谱型 Plasmidprofile 质粒含有的碱基数 (kb) Plasmidcontainingbase 菌株号 Strainnumber P 0.684.93.636.94 2.293 9.065 P2 0.574 0.684.636.94 2.293 9.065 9 P3 0.574.636.94 2.293 9.065 7 P4 0.926.636.94 2.293 9.065 P5 0.926.340.636.94 9.065 8 P6 0.574 0.684 2.293 9.065 6 P7.636.94 9.065 2 P8.470 9.065 3 P9 3.376 9.065 4 A:GyrA 基因 ;B:ParC 基因 ;C:TetA 基因 ;D:TetB 基因 A:GyrAgene;B:ParCgene;C:TetAgene;D:TetBgene M:DNAmarker;N: 阴性对照 ; 2 3 6 7 9 4 和 8: 所选大肠杆菌 M:DNAMarker;N:Negativecontrol;,2,3,6,7,9,,4and8:Escherichiacoliplasmid 图 4 PCR 检测 9 株大肠杆菌 4 种耐药基因 Fig.4 Detectionoffourresisentgenesof9strainsEscherichiacolibyPCR
88 激光生物学报第 26 卷 4 讨论伴随着畜牧业的发展和抗生素在畜牧业的广泛应用, 抗生素在动物疾病防控过程中发挥着重要作用 但由于抗生素被广泛 长期使用, 细菌的耐药性的加重的弊端也逐渐突显出来, 用药的不合理加速了耐药性的发展, 使得药效不断降低 [2] 大肠杆菌的耐药性受多种因素影响, 不同地区甚至不同猪场的耐药性会有所不同, 由于养殖规模 养殖历史 饲养水平和用药习惯的不同, 不同地区大肠杆菌的耐药性差异也比较大 [3] 本实验中 9 株大肠杆菌的药敏试验结果表明, 从猪场分离的大肠杆菌耐药性已经十分严重, 呈现出耐药率高 耐药谱广 多重耐药的特点, 所有菌株的耐药数都在 7 耐以上, 最高为 3 耐, 其中 7 株大肠杆菌对 0 种或 0 种以上的抗生素耐药,3 株大肠杆菌对 3 种抗生素耐药 ;9 株大肠杆菌对 2 种抗生素的耐药率大于 50%, 其中 9 株大肠杆菌仅对多肽类抗生素敏感率为 00%, 而对 β 内酰胺类 大环内酯类 林可胺类 氨基糖苷类 酰氨醇类抗生素均出现了不同程度的耐药性, 其中 β 内酰胺类的耐药率最高, 四环素类 大环内酯类 林可胺类 酰胺醇类的耐药率次之, 喹诺酮类和氨基糖苷类的抗生素耐药率较低 建议当地猪场在治疗大肠杆菌病时使用多肽类抗生素如多粘菌素 B 喹诺酮类抗生素恩诺沙星和环丙沙星 氨基糖苷类抗生素如大观霉素 链霉素 新霉素等药物进行治疗 使用 λdna/hindⅢ 作为 marker, 根据其相对迁移率建立标准曲线, 从而计算出 9 株大肠杆菌各质粒条带的大小进行质粒图谱分析, 发现 9 株大肠杆菌的质粒谱型均不相同, 谱型条带大小范围是 0.574 0 3 9.065 0 3 bp; 谱型 P 和 P2 都含有 6 个质粒条带, 是所有谱型中含条带数最多的两个谱型, 谱型 P8 和 P9 都只含有 2 个质粒条带, 是所有谱型中含条带数最少的两个谱型 ; 所有 9 个谱型中均有一个大小为 9.065kb 的条带,P P2 P3 P4 P5 P7 共 6 个谱型中出现了大小为.636kb 和.94kb 的条带 对照这些菌株的质粒图谱 耐药谱发现,9 株大肠杆菌耐药数最多的是 3 耐, 有 3 株 ; 质粒条带最多的为 6 条, 也有 3 株 ; 但两者并不完全重合, 三株 3 耐的菌株中两株的质粒条带数为最多的 6 个, 但另一株 3 耐的菌株质粒条带只有最少的 2 条, 这说明 9 株大肠杆菌的耐药性与质粒条带数并没有绝对 的对应关系, 但在多数情况下, 质粒条带较多的菌株, 一般耐药谱相对较广, 这与江文正 [4] [5] 赵静 [6] 和郑冲的研究结论基本相符 ; 所有的菌株都检测出喹诺酮类和四环素类共四个耐药基因, 但是只有 号 3 号 9 号菌株对多西环素 四环素 环丙沙星 恩诺沙星 诺氟沙星都耐药, 其余菌株对这 5 种抗生素并不是 00% 耐药, 说明某种耐药基因的检出并不能证明耐药性的存在 同理可知耐药基因的检出与质粒条带数无明显相关性 所有菌株的质粒中均有一个大小为 9.065kb 的条带, 而所有菌株均对青霉素 氨苄西林 阿莫西林耐药, 说明大小为 9.065kb 的条带可能与 β 内酰胺类耐药有关 参考文献 [] 陆承平. 兽医微生物学 [M]. 北京 : 中国农业出版社,2005, 25 223. LUChengping.VeterinaryMicrobiology[M].Beijing:Agricul turalpreschinese,2005,25 223. [2] NATAROJP,KAPERJB.DiarheagenicEscherichiacoli[J]. ClinMicrobiolRev,998,():42 20. [3] ZIMMERMANJZ,KARRIKERLA,RAMIREZA, 等. 猪病学 [M]. 北京 : 中国农业大学出版社,204,755. ZIMMERMANJZ,KARRIKERLA,RAMIREZA,etal.Dis easesofswine[m]. Beijing:ChinaAgriculturalUniversity Pres,204,755. [4] 陈甜甜, 杨忠福, 刘建柱. 猪大肠杆菌病研究进展 [J]. 猪业科学,2008,25(8):20 25. CHENTianian,YANG Zhongfu,LIU Jianzhu.Researchpro gresofporcinecolibacilosis[j].swinescience,2008,25 (8):20 25. [5] 房海. 肠杆菌科病原细菌 [M]. 北京 : 中国农业科学技术出版社,20. FANGHai.Enterobacteriaceaepathogenicbacteria[M].Bei jing:chinaagriculturalscienceandtechnologypres,20. [6] 杨微. 大肠杆菌耐药性的研究进展 [J]. 畜牧与饲料科学, 20,32(6):6 8. YANGWei.ResearchprogresondrugresistanceofEscherichia coli[j].animalhusbandryandfeedscience,20,32(6): 6 8. [7] KHADGIS,TIMILSINAU,SHRESTHAB.Plasmidprofilingof multidrugresistantescherichiacolistrainsisolatedfrom urinary tractinfectionpatients[j].intjapplscibiotechnol,203, (): 4. [8] WAYNEPA.Performancestandardsforantimicrobialsuscepti bility testing [J]. Clinical and laboratory standards institute,2009. [9] 张富国, 韩宇宁, 范丹华. 质粒 patz 的纯化和分子大小的测定 [J]. 吉首大学学报 ( 自科版 ),2000, ( 下转封三 )