Patogena escherichia coli som producerar ß-laktamaser med utökat spektrum isolerade från ytvatten och avloppsvatten | vetenskapliga rapporter

Patogena escherichia coli som producerar ß-laktamaser med utökat spektrum isolerade från ytvatten och avloppsvatten | vetenskapliga rapporter

Anonim

ämnen

  • Klinisk mikrobiologi
  • Vattenmikrobiologi

Abstrakt

För att utvärdera folkhälsorisker från miljöexponering för extensionsspektrum ß-laktamaser (ESBL) -producerande bakterier är det nödvändigt att ha insikt i andelen relativa ofarliga kommensala varianter och potentiellt patogena (som kan direkt orsaka sjukdom). I den aktuella studien karakteriserades 170 ESBL-producerande E. coli från holländskt avloppsvatten (n = 82) och ytvatten (n = 88) med avseende på ESBL-genotyp, fylogenetisk grupp, resistensfenotyp och virulensmarkörer associerade med enteroaggregativ E. coli (EAEC), enteroinvasiv E. coli (EIEC), enteropatogen E. coli (EPEC), enterotoxigen E. coli (ETEC), extraintesinal E. coli (ExPEC) och Shiga toxin-producerande E. coli (STEC). Sammantaget misstänkte 17, 1% av alla ESBL-producerande E. coli patogena varianter. Misstänkta ExPECs utgör 8, 8% av alla ESBL-producerande varianter och 8, 3% var potentiella gastrointestinala patogener (4, 1% EAEC, 1, 8% EPEC, 1, 2% EIEC, 1, 2% ETEC, ingen STEC). Misstänkta patogener var signifikant associerade med ESBL-genotyp CTX-M-15 (X2 = 14, 7, P <0, 001) och fylogenetisk grupp B2 (X2 = 23, 5, P <0, 001). Slutligen var 84% av de patogena ESBL-producerande E. coli- isolaten resistenta mot tre eller flera olika klasser av antibiotika. Sammanfattningsvis visar denna studie att vattenmiljön är en potentiell reservoar av E. coli- varianter som kombinerar ESBL-gener, en hög nivå av resistens mot flera läkemedel och virulensfaktorer och därmed utgör en hälsorisk för människor vid exponering.

Introduktion

Escherichia coli anses generellt som en kommensal invånare i mage-tarmkanalen hos människor och djur. Följaktligen är det en av de mest använda indikatorbakterierna för fekal kontaminering i miljöer. Emellertid är E. coli också en av de viktigaste orsakerna till nosokomiala förvärvade och samhällsförvärvade infektioner hos människor och kan lätt få resistens mot antibiotika som konsumeras av människor och djur 1 . Detta inkluderar resistens orsakat av förlängda ß-laktamaser (ESBL). Liksom andra antibiotikaresistanser kodas gener för ESBL oftast på plasmider, som lätt kan överföras mellan bakterier 2 . I Nederländerna finns ESBL-producerande E. coli- stammar bland den commensal E. coli- populationen hos friska individer och livsmedelsproducerande djur 3, 4 och har isolerats från olika ytvatten 5 . Ytvatten är en viktig källa för produktion av dricksvatten och används för rekreation och bevattning av grödor, vilket ger människor exponering för ESBL- E. coli 6 . Exponering för ESBL-producerande patogena E. coli- varianter kan direkt resultera i svårbehandlad infektion, även hos friska individer.

E. coli kännetecknas av en ganska klonal befolkningsstruktur i vilken isolat utgör fyra huvudsakliga fylogenetiska grupper (A, B1, B2, D) 7 . Patogena E. coli är spridda över det fylogenetiska trädet av arten, men fylogenetiska grupper varierar i deras värdförening, närvaro av virulensfaktorer och uthållighet i den icke- värdmiljön 8, 9, 10 Stammar isolerade från miljöer som inte är värd hör vanligtvis till fylogenetisk grupp Bl och A 9, 10 . Stammar av fylogenetisk grupp B1 tycks vara mer värdgeneralister medan B2-stammar företrädesvis är värdanpassade och är mer benägna att innehålla drag för extraintestinal infektion 8 . Patogena E. coli kan grovt delas upp i två grupper: de med främst gastrointestinal sjukdom och de som orsakar extraintestinala infektioner. Tarmpatogenerna kan ytterligare särskiljas i diffus vidhäftande E. coli (DAEC), enteroaggregativ E. coli (EAEC), enterohemorragisk E. coli (EHEC; som i sin tur är en undergrupp av Shiga-toxinproducerande E. coli eller STEC), enteroinvasiv E. coli (EIEC), enteropatogen E. coli (EPEC), enterotoxigen E. coli (ETEC) och extraintestinal E. coli (ExPEC). ExPEC inkluderar aviär patogen E. coli (APEC), neonatal meningit E. coli (NMEC) och uropatogen E. coli (UPEC) 11 . Skillnaderna i förmågan hos E. coli- stammar att orsaka sjukdomar och de olika syndromen orsakade av de olika patotyperna kan hänföras till specifika virulensgener och variationen i vilka dessa uppstår bland stammar 11 .

Få studier har undersökt den patogena potentialen för miljö-ESBL-producerande bakterier som kan vara direkt kopplade till risken för folkhälsan 12 . Närvaron av virulensfaktorer, representativa för olika patogena grupper av E. coli , bland ESBL- E. coli isolerade från avloppsvatten och ytvatten undersöktes i den aktuella studien. Dessutom bestämdes fördelningen av fylogenetiska grupper för att undersöka korrelationer mellan ESBL-produktion, virulensfaktorer och genetisk bakgrund. Detta belyser överföringsekologin och direkta hälsorisker vid exponering för vattenburen ESBL- E. coli.

Material och metoder

isolat

ESBL-producerande isolat valdes från en befintlig insamling av isolat erhållna från avloppsvatten och ytvatten som togs in mellan 2010 och 2012 5, 13 . Ytvattenprover (n = 20) togs på tio olika platser belägna i fyra olika regioner i Nederländerna (inklusive floder, kanaler, sjöar, Nordsjön), avloppsvattenprover (n = 20) inkluderade influenser och avloppsvatten från reningsverk ( WWTP), en internationell flygplats WWTP, och från avloppsvatten från sjukvårdsinstitutioner. Isolat erhölls genom filtrering av flera volymer vattenprover genom 0, 45 μm filter, följt av inkubering av dessa filter på selektivt odlingsmedium för isolering av ESB-producerande E. coli : Tryptone Bile X-glukuronidmedium kompletterat med 1 μg / ml cefotaxim (TBX / CTX) eller på ChromID TM ESBL-agar (Biomerieux). Inkubationsbetingelserna var 18–24 timmar vid 36 ± 2 ° C eller 4 till 5 timmar vid 36 ± 2 ° C följt av 18 till 19 timmar vid 44 ± 0, 5 ° C. Isoleringsförfaranden baserades på standardisoleringsförfaranden för selektiv isolering av E. coli från vatten och livsmedel med användning av kromogena medier (NEN-EN-ISO 9308-1 och ISO 16649-2), anpassade för att möjliggöra selektiv tillväxt av ESBL-producerande varianter. Variationer i isoleringsförfaranden var relaterade till att isolat erhölls som en del av olika projekt. Misstänkta ESBL- E. coli- isolat (dvs de ß-glukuronidas-positiva kolonierna på TBX-CTX såväl som på ChromID TM ESBL-agar) bekräftades ytterligare som E. coli genom testning för indolproduktion med användning av BBL Dry Slide TM (BD) och testades därefter för ESBL-produktion genom skivdiffusion enligt CLSI-riktlinjer 14 med användning av Sensi-Discs TM (BD, Breda, Nederländerna). Zondiametrar bestämdes för cefotaxim (30 μg) ± klavulansyra (10 μg), ceftazidim (30 μg) ± klavulansyra (10 μg). ESBL-producerande isolat definierades som stammar som är resistenta mot cefotaxim (zondiameter <22 mm) och / eller ceftazidim (zondiameter <17 mm) och en ökning av zondiametern på> 5 mm med skivorna innehållande klavulansyra 14 .

Från denna tidigare existerande samling av bekräftade ESBL-producerande E. coli- isolat, 93 avloppsvatten och 93 ytvattenisolat, från 20 prover vardera, valdes mer eller mindre slumpmässigt, men med hänsyn till etablerade ABR-profiler (när de är tillgängliga), för att minimera chansen att inkludera dubbla isolat från samma prov. Efter karaktärisering av fylogenetiska grupper, ESBL-gener, virulensgener och antibiotikaresistensprofiler avslutades, identifierades vissa isolat retrospektivt som duplikat och utelämnades, vilket lämnade 88 avloppsvatten (63 från WWTP, 15 från den internationella flygplatsen och 10 från hälsovårdsinstitutionerna) och 82 ytvattenisolat för analys.

Molekylär karakterisering

Varje isolat karakteriserades med avseende på fylogenetisk grupp, ESBL-genotyp och närvaron av virulensfaktorer. För detta ändamål suspenderades material från en enda koloni i Tris EDTA-buffert (pH 8, 0, Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, Nederländerna) och DNA-extrakt lagrades vid -20 ° C. PCR genomfördes med användning av primrar och betingelser såsom beskrivs i tilläggstabell S1.

För fylogenetisk gruppanalys är ett multiplex PCR- målriktat chuA , yjaA- gener och TspE4.C2-DNA-fragment såsom beskrivits av Clermont et al. 15 användes. Stammar subgrupperades enligt Escobar-Páramo et al. 16 : undergrupp A 0, chuA -, yjaA -, TspE4.C2−; undergrupp A 1, chuA -, yjaA +, TspE4.C2−; grupp B1, chuA -, yjaA− , TspE4.C2 +; undergrupp B2 2, chuA +, yjaA +, TspE4.C2−; undergrupp B2 3, chuA +, yjaA +, TspE4.C2 +; undergrupp D 1, chuA +, yjaA -, TspE4.C2−; undergrupp D 2, chuA +, yjaA -, TspE4.C2 +. För ESBL-genotypning fastställdes närvaron av bla CTX-M-1- grupp, bla CTX-M-2- grupp och bla CTX-M-9- grupp, bla OXA, bla SHV och bla TEM, av multiplex PCR med användning av primrar beskrivna av Dalenne et al. 17 . Produkter av den förväntade storleken behandlades med ExoSAP-IT (GE Healthcare, Hoevelaken, Nederländerna) och sekvensbestämdes med samma primrar som användes för att generera PCR-produkter, och BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing kit (Applied Biosystems, Bleiswijk, Nederländerna ). Således erhölls partiella sekvenser jämfördes med ESBL-gensekvenser i GenBank-databasen och på Lahey-webbplatsen (www.lahey.org/Studies). Partiell sekvensanalys möjliggör identifiering av kluster av homologa alleler: CTX-M-1/61, CTX-M-3/22/66, CTX-M-9/51, CTX-M-14/21/83/90/113, CTX-M-15/28, CTX-M-27/98, CTX-M-32, CTX-M-55/57, SHV-12/129, TEM-52/92. För anmälningens skull tilldelades identifierade genotyper det lägsta allentalet som tillhör ett kluster. För analys av virulensfaktorer användes PCR målinriktade gener kodande för diarrégena virulensfaktorer: Shigatoxin 1 och 2 ( stx1, stx2 ) för STEC, intimin ( eae ) för EPEC, aggregativ virulensregulator ( aggR ) för EAEC, invasion plasmid antigen ( ipaH) ) för EIEC och värmelabilt enterotoxin ( estA ) och värmestabilt enterotoxin ( eltB ) för ETEC 18 . Följande markörer valdes för att identifiera extraintestinal patogen E. coli (ExPEC): afimbrial vidhäftning ( afa ), F1C fimbriae ( focG ), cytolytiskt proteintoxin ( hlyD ), järnförvärvningssystem ( iutA ), grupp 2 polysackaridkapsel ( kpsMII ), P fimbriae ( papA ) och S fimbriae ( sfaS ) 5, 13 . ExPEC definierades som stammar med tre eller flera av dessa gener 20 .

Biofilmbildning

Isolat testades med avseende på deras kapacitet att bilda biofilmer med användning av proceduren som beskrivs av Wakimoto et al. 21 . Biofilmbildningen definierades som att ha en OD på minst fyra gånger den för negativa kontrollbrunnar (dvs måttlig och stark biofilmbildning enligt Naves i al. 2008 22 ).

Analys av antibiotikaresistens

Isolat screenades med avseende på antibiotikas mottaglighet för en panel med 14 antibiotika av human och veterinär klinisk relevans, med användning av Sensi-disks TM enligt tillverkarens instruktioner (Becton, Dickinson BV, Breda, Nederländerna). Inkluderade antibiotika var en eller två representanter från åtta klasser: beta-laktamer: ampicillin (penicilliner), cefotaxim och ceftazidim (tredje generationens cefalosporiner); p-laktam / p-laktamaskombination: amoxicillin / klavulansyra; karbapenem: imipenem och meropenem; tetracykliner: tetracyklin; (fluor) kinoloner: ciprofloxacin och naladixinsyra; aminoglykosider: streptomycin och gentamycin; folatvägsinhibitorer: sulfisoxazol och trimetoprim; fenikoler: kloramfenikol. Resistens definierades som att ha en hämningszon mindre än eller lika med de kliniska brytpunkterna definierade av CLSI 14 . Multi-läkemedelsresistens definierades som resistens mot 3 eller flera olika klasser av antibiotika 23 .

Statistik

Skillnader i frekvenser av genetiska genotyper och patogenicitetsmarkörer bland grupper utvärderades med chi-kvadratiska test (χ 2 ) på beredskapstabeller med en signifikansnivå av P = 0, 05. Univariat variansanalys utfördes med avseende på inferens på skillnader i genomsnittligt antal patogenicitetsmarkörer och multi-läkemedelsresistens mellan ESBL-genotyper och fylogenetiska grupper. Analyser utfördes i IBM SPSS Statistics version 19.

Resultat

Distribution av fylogenetiska grupper bland ESBL-producerande E. coli från vatten

Bland de ESBL-producerande E. coli från både ytvatten och avloppsvatten representerades tio olika genotyper. De vanligaste ESBL-genotyperna i båda vattentyperna var CTX-M-15 (41%) och CTX-M-1 (26%), som tillsammans utgjorde 65% och 74% av alla ESBL-producerande E. coli i ytan vatten respektive avloppsvatten. Andra observerade genotyper var CTX-M-14 (9, 4%), SHV-12 (8, 2%), TEM-52 (5, 3%), CTX-M-3 (4, 1%), CTX-M-9 (2, 4%), CTX-M-27 (1, 8%), CTX-M-32 (1, 2%) och CTX-M-55 (0, 6%). Med undantag för de två minst utbredda genotyperna som enbart upptäcktes i avloppsvatten, upptäcktes alla i både ytvatten och avloppsvatten. Med avseende på fylogenetiska grupper var majoriteten av isolaten av grupp A (55%: A 0 25%, A, 30%) följt av grupp D (22%: D 1 13%, D2 9%), B2 (13%: B2 2 0, 6%, B2 3 12%) och B1 (10%). Bland avloppsvattenisolat representerades alla fylogenetiska (under) grupper, medan i ytvattnet inte isolerades B1, B22 och D2. För att bestämma fördelningen av ESBL-genotyper bland fylogenetiska grupper samlades alla isolat för analys. Med undantag för de två minst förekommande ESBL-genotyperna (CTX-M-32 och CTX-M-57) detekterades alla ESBL-gener i flera E. coli- bakgrunder (Fig. 1). Filogenetiska grupper generellt associerade med kommensal E. coli (A och B1) såväl som den patogena D-gruppen, hade representanter bland åtta av de tio olika ESBL-genotyperna. Däremot observerades E. coli av fylogenetiska (under) grupper B2 och D2 bland fyra olika ESBL-genotyper. Signifikanta föreningar identifierades mellan ESBL-genotyp CTX-M-1 och fylogenetiska grupperna A och D, CTX-M-15 och B2 och SHV-12 och D (tabell 1).

Olika färger representerar procentsatserna av isolat som tillhör de olika fylogenetiska undergrupperna för varje ESBL-genotyp. Vid x-axeln indikeras det totala antalet isolat per ESBL-genotyp mellan parenteser.

Bild i full storlek

Full storlek bord

Distribution av virulensmarkörer bland ESBL-producerande E. coli-isolat från vatten

Totalt sett var 17, 1% (29/170) av alla ESBL-producerande E. coli- isolat från ytvatten och avloppsvatten bedömda i denna studie potentiellt patogena, såsom definieras av närvaron av karakteristiska virulensmarkörer (tabell 2). Potentiella patogener var signifikant associerade med ESBL-genotyp genotyp CTX-M-15 (21/29 bland potentiella patogener kontra 48/141 bland icke-patogener) (X 2 14, 7; P <0, 001; OR = 5, 1). Dessutom var potentiella patogener signifikant associerade med fylogenetisk grupp B2 (X2 = 23, 5, P <0, 001, OR = 8, 8).

Full storlek bord

Misstänkta ExPEC: er (definierade som isolat med tre eller fler ExPEC-markörer) utgjorde 8, 8% (15/170) av alla ESBL-producerande isolat: 6, 1% av ytvattenisolaten och 11, 4% av avloppsvattenisolaten (tabell 2). Inga signifikanta föreningar identifierades mellan ExPEC och ESBL-genotyp. ExPEC var emellertid signifikant associerat med fylogenetisk grupp B2 (X 2 42, 2, P <0, 001, OR = 23, 8). Nittonåtta ESBL-producerande isolat (58%) innehöll minst en ExPEC-markör med iutA (39%) och kpsMII (28%) de oftast observerade och detekterade i åtta respektive sju av alla ESBL-genotyper (fig 2) ). Markörerna afa (10%), papA (6, 5%) och hlyD (2, 4%) observerades endast associerade med CTX-M-1-, CTX-M-14- och / eller CTX-M-15-genotyper; focG och sfaS observerades var och en endast (0, 6% av isolaten), i förhållande till CTX-M-1. Betydande positiva föreningar observerades mellan kpsMIII och ESBL-genotyp CTX-M-14 och CTX-M-27, mellan iutA och CTX-M-15, och mellan afa och, CTX-M-15 och CTX-M-14; en negativ associering observerades mellan afa och CTX-M-1 (tabell 1). Dessutom identifierades signifikanta föreningar mellan kpsMIII och fylogenetisk grupp A (negativ), B2 (positiv) och D (positiv); mellan iutA och fylogenetisk grupp B2 (positiv); mellan hlyD och fylogenetisk grupp A (negativ) och Bl (positiv); och mellan afa och fylogent grupp A (negativ) (tabell 1).

Anges är antalet isolat som bär de angivna ExPEC-markörerna för varje ESBL-genotyp. Vid x-axeln indikeras det totala antalet isolat per ESBL-genotyp mellan parenteser.

Bild i full storlek

Misstänkta diarrégenvarianter utgör 8, 3% av alla ESBL-producerande E. coli- isolat från vatten (8, 5% respektive 7, 8% från ytvatten respektive avloppsvatten) (tabell 2). De vanligaste patogena varianterna var EAEC (4, 1% av alla isolat), EPEC (1, 8%), EIEC (1, 2%) och ETEC (1, 2%). STEC detekterades inte bland de 170 ESBL-producerande E. coli som analyserades. Endast tre aggR- positiva isolat uppvisade stark biofilmbildning (alla tre OD- stammen / OD blanco = 12). Dessa isolat tillhörde fylogenetisk grupp och ESBL-genotyp: AO / CTX-M-15, Al / CTX-M-15, Al / CTX-M-27. De övriga fyra aggR- positiva isolaten skilde sig inte från de andra E. coli med avseende på bildning av biofilm (genomsnittlig OD- stam / OD blanco = 1, 2). Potentiell diarrégen E. coli var signifikant associerad med ESBL-genotyp CTX-M-15 (X2 = 8, 3, P = 0, 004, ELLER 2, 8). Inga föreningar hittades med fylogenetisk grupp.

Multidrug-resistens

Totalt sett var 77% av de ESBL-producerande E. coli- isolaten resistenta mot tre eller flera olika klasser av antibiotika (dvs var multidrogresistenta (MDR)). Andelen MDR E. coli var något (men inte statistiskt annorlunda) högre i misstänkta patogena varianter jämfört med isolat som inte identifierats som patogena (84% mot 75%, p> 0, 1 Chi-square Test). Två av tre misstänkta EAEC-varianter (båda med stark biofilmbildande kapacitet), alla sju isolat med EIEC-, EPEC- eller ETEC-markörer, och 12 av 15 (80%) av misstänkta ExPEC-varianter var multidrugsbeständiga.

Misstänkta patogena varianter bar i genomsnitt 6, 8 olika motståndstyper (tabell 3). Inga skillnader observerades mellan ExPEC och icke-ExPEC (P = 0, 814), och inte heller mellan de olika fylogenetiska grupperna (P = 0, 843). De olika ESBL-genotyperna skilde sig åt i antalet antibiotika som isolaten var resistenta mot (P <0, 001), med den högsta nivån av multi-läkemedelsresistens bland CTX-M-9, CTX-M-15, CTX-M-27 och SHV- 12 (fig. 3).

Full storlek bord

Massiv horisontell linje representerar medianen, rutan visar kvartalintervallet 25% –75%, stjälkarna visar minimi- och maximivärden, cirkeln indikerar en utriktare.

Bild i full storlek

Diskussion

Förutom hälso- och sjukvårdsinställningar och livsmedel kommer miljön troligtvis att ha en roll i spridningen av ESBL-producerande bakterier och kan tjäna som en exponeringsväg för människor. Tidigare identifierades rekreationsvatten som en potentiell exponeringskälla för ESBL-producerande E. coli 5 . Även om (utanför den kliniska miljön) E. coli i allmänhet anses vara en relativt ofarlig invånare i mänskliga (och djur) tarmen, kan stora folkhälsorisker vara förknippade med spridningen av ESBL-producerande kommensala bakterier. För det första kan ESBL-producerande kommensalbakterier vid kolonisering sprida och överföra ESBL-kodande gener till tarmpatogener genom horisontell genöverföring 24 . För det andra, även om de är relativt ofarliga för friska individer, kan dessa opportunistiska bakterier orsaka sjukdom hos mer utsatta individer, såsom individer på sjukhus, äldre eller nyfödda. För det tredje kan exponering för ESBL-producerande patogena E. coli- varianter direkt resultera i svårbehandlad infektion, även hos friska individer. Påverkan på folkhälsan av exponering för ESBL-producerande E. coli (och andra AMR-kommensalbakterier) bestäms av summan av dessa individuella risker.

Den aktuella studien visade att en betydande del av ESBL-producerande E. coli från holländskt ytvatten och avloppsvatten är potentiellt diarrégen eller extraintestinal patogen. Hittills har endast få studier undersökt patogeniciteten hos icke-kliniska ESBL-producerande E. coli- stammar. En ny studie från Sydkorea rapporterade att 60% av ESBL-producerande E. coli isolerade från en flod var potentiellt patogena, vilket är markant högre än våra fynd 12 . Dessa skillnader i fraktioner av patogena varianter mellan studier återspeglar möjligen skillnader i vattenhantering eller skillnader i antimikrobiellt selektionstryck hos människor eftersom extraintestinal patogena E. coli primärt har en mänsklig reservoar 11 . Tidigare har vi visat koncentrationer av ESBL-producerande E. coli från 1, 5 till 150 kolonibildande enheter (cfu) / liter i rekreationsvatten 5 . Kvantitativ riskbedömning baserad på dessa koncentrationer fastställde en genomsnittlig sannolikhet för exponering för ESBL-producerande E. coli på 0, 20 per simningshändelse för barn, och något lägre för män (0, 16) och kvinnor (0, 13) (Schijven et al. Opublicerade). Kombinerat med resultaten från den här studien blir sannolikheten för exponering för en patogen ESBL-producerande E. coli 0, 03 (0, 20 × 0, 15), vilket, med tanke på ofta rekreation i ytvatten, kan öka till en betydande kumulativ risk för exponering. Fritidsbad i sötvatten har identifierats som en betydande riskfaktor för att få infektioner i urinvägar orsakade av ESBL-producerande enterobacteriaceae 6 . Resultaten av den aktuella studien ger experimentella bevis till denna epidemiologiska förening. Förtäring av ytvatten kan leda till tarmkolonisering av extraintestinal ESBL- E. coli och efterföljande urinvägsinfektion.

Övervägande av CTX-M-15 bland ESBL-producerande E. coli i nederländskt vatten och dess starka samband med virulensfaktorer är överens med att CTX-M-15 är en av de vanligaste ESBL-genotyperna hos människor och ofta är hälso- vårdrelaterade (dvs. urinvägsinfektioner från gemenskapen eller nosokomiala infektioner), i Nederländerna och globalt 25, 26, 27 . Den starka föreningen med virulensfaktorer överensstämmer också med den observerade sambandet mellan CTX-M-15 och fylogenetisk grupp B2 i nuvarande såväl som i en tidigare studie 27, som tros vara mer virulent än andra grupper 28, 29 . Den globala förekomsten av CTX-M-15-producerande ESBL- E. coli är delvis associerad med spridningen av den patogena ST131-klonen, vilket orsakar urinvägsinfektioner och blodomloppsinfektioner över hela världen 30 . Två av de 15 B2 3 / CTX-M-15 isolat som ingår i den aktuella studien karakteriserades med avseende på sekvenstyp och identifierades också som ST131 (data visas inte). Den andra vanligaste ESBL-genotypen bland de nederländska vattenisolaten var CTX-M-1. Även om denna genotyp inte globalt identifierades som en viktig mänsklig genotyp 26, har den i Nederländerna tidigare erkänts som mycket utbredd bland människor (den näst vanligaste genotypen efter CTX-M-15) 25 såväl som slangkött 31 . Resultaten från denna studie visade att det mikrobiologiska innehållet i yt- och avloppsvatten ger en återspegling av vad som cirkulerar bland den mänskliga befolkningen.

Denna studie upptäckte inga Shiga-toxinproducerande E. coli (STEC) som kan bero på flera skäl. ESBL-positiv STEC verkar vara ett sällsynt fenomen 35 . Dessutom valde den använda isoleringsmetoden inte för isolering av den vanligaste STEC-serotyp O157 eftersom denna typ, i motsats till andra E. coli , är p-glukuronidas-negativ. Det är fortfarande okänt varför STEC fortfarande representerar en mindre underpopulation av stammar som har förvärvat ESBL-gener. En möjlig förklaring kan vara det relativt låga selektionstrycket i bovinbehållaren (på grund av lägre användning av antibiotika 4 ), liksom hos människor, eftersom kliniska STEC-infektioner sällan behandlas med antibiotika. Det kan emellertid finnas en risk att STEC uppstår i vattenmiljön, eftersom Stx-fager är distribuerad i stor omfattning och kan förvärvas av E. coli som tillhör olika fylogenetiska och patogena grupper, inklusive EAEC (till exempel den tyska Stx-producerande EAEC O104 : H4-utbrott) 32, 33 .

Bildning av biofilm kan vara en viktig bidragande faktor vid ihållande infektioner genom att låta bakterierna undvika det lokala immunsystemet och genom att förhindra transport av antibakteriella faktorer, inklusive antibiotika. Analyser för att kvantifiera bildning av biofilm har föreslagits som en möjlig screeningmetod för patogena EAEC-stammar 34 . I den aktuella studien observerades stark biofilmbildning med tre av sju positiva aggR- isolat, vilket väcker frågan om de återstående fyra isolaten verkligen kan betraktas som potentiell EAEC baserat endast på detektering av aggR . Emellertid har omfattande studier utförts med hjälp av PCR-test för att hitta rätt kombination av gener som identifierar de "verkligen patogena" EAEC-stammarna men ingen konsensus har uppnåtts i denna fråga 35 . AggR- genen är starkt konserverad bland EAEC-stammar och har visat sig vara associerad med diarré i flera studier 35 . Vi drar slutsatsen att alla aggR- positiva stammar som identifierats i denna studie kan betraktas minst som potentiella EAEC. Utöver den diarrégena naturen hos EAEC har dessa stammar också varit förknippade med urinvägsinfektioner (UTI) möjliggjorda av en kombination av EAEC ( aggR ) och ExpEC virulensfaktorer (bland vilka iutA ) 36 . Tre av de aggR- positiva isolaten i den aktuella studien var samtidigt positiva för ExPEC-markören kpsMIII och ytterligare 3 isolat positiva för iutA , vilket gjorde dessa isolat till potentiella hybrid EAEC-ExPEC-stammar.

Sammanfattningsvis har denna studie visat att miljö-ESBL-producerande E. coli inte bara är ett indirekt hot mot folkhälsan genom att vara ofarliga kommensala bärare av ESBL-gener, utan utgör också ett direkt hot vid exponering genom att faktiskt bära virulensfaktorer som är representativa för stora patogena gener grupper av E. coli. Ytvatten och avloppsvatten är en potentiell reservoar för E. coli som kombinerar ESBL-gener, hög resistens mot flera läkemedel och virulensfaktorer. Dessa fynd visar miljöns roll i överföringsekologin för patogen, och särskilt extraintestinal patogen, ESBL-producerande E. coli.

ytterligare information

Hur man citerar denna artikel : Franz, E. et al. Patogena Escherichia coli som producerar Extended-Spectrum ß-Lactamases isolerade från ytvatten och avloppsvatten. Sci. Rep. 5, 14372; doi: 10.1038 / srep14372 (2015).

Kompletterande information

PDF-filer

  1. 1.

    Tilläggsinformation Tabell S1

kommentarer

Genom att skicka en kommentar samtycker du till att följa våra villkor och gemenskapsriktlinjer. Om du finner något missbruk eller som inte överensstämmer med våra villkor eller riktlinjer ska du markera det som olämpligt.