对巴西人类和食品中分离的鼠伤寒沙门氏菌菌株的基因组,沙门氏菌感染会对某些高风险群体产生严重后果

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肠沙门氏菌是一组杆状细菌的名称,可引起人类和其他动物的胃肠炎。沙门氏菌感染会对某些高风险群体产生严重后果,例如婴儿,幼儿,老年人和免疫系统功能受损的个体。大多数具有正常肠道微生物群(微生物群)补充的人通常很难应对这种感染。

巴西卫生部在2000年至2015年期间收到了11,524起食源性疾病爆发的报告,其中219,909人患病,167人死于这些疾病。细菌引起大多数此类疾病的爆发,包括腹泻和肠胃炎。最常见的是沙门氏菌,在此期间诊断出31,700例(占总数的14.4%),金黄色葡萄球菌(7.4%)和大肠埃希氏菌(6.1%)。根据社会发展部的一项调查,沙门氏菌属的细菌是1999年至2009年巴西报告的42.5%实验室证实的食源性疾病暴发的病原体。导致急性腹泻的主要细菌的全基因组测序是由圣保罗大学RibeiroPreto药学院(FCFRP-USP)教授JulianaPfrimerFalco领导的圣保罗大学研究小组的研究重点。

只有10-20%的病原体被摄入的病例 – 通常是通过受污染的食品 –
确实会导致感染。但是,负责抵抗沙门氏菌的肠道微生物群的成员在很大程度上是未知的。现在由LMU的BrbelStecher教授领导的一组研究人员s
Max von

在PLOS ONE发表的一篇文章中,属于Falco实验室的生物医学科学家Amanda
Aparecida Seribelli和Fernanda
Almeida描述了他们如何测序和研究90株特定血清型肠道沙门氏菌的基因组,称为鼠伤寒沙门氏菌(S.
Typhimurium)的缩写。肠沙门氏菌亚种血清型鼠伤寒沙门氏菌(Salphella
entericasubspecies serovar
Typhimurium)。1983年至2013年间,在里约热内卢的RibeiroPreto(巴西圣保罗州)的Adolfo
Lutz研究所和里约热内卢的Oswaldo
Cruz基金会(Fiocruz)分离出90株菌株。他们提供了过去30年来巴西沙门氏菌病的流行病学概况,来自该国所有地区,并从食源性感染患者或家禽,猪肉,生菜和其他蔬菜等受污染食物中收集。从人类来看,我们收到了血液,脑脓肿和腹泻粪便样本,Seribelli说。

Pettenkofer公共卫生研究所[也隶属于德国感染研究中心(DZIF)]足球买球网站,已发现一种保护小鼠免受鼠伤寒沙门氏菌血清型鼠伤寒沙门氏菌的细菌物种

这是德国发现的两种最常见的致病亚种之一。新发现出现在期刊上细胞宿主和微生物。

在健康的人和小鼠中,胃肠道被多种细菌和其他微生物定植。这种微生物组可以保护宿主免受沙门氏菌感染,因为内源性成员会产生抑制物质,占据所有可利用的生态位,并消耗大部分相关营养素,如糖或蛋白质,还有氧气。为了确定健康肠道微生物组的组成,该微生物组赋予了对细菌感染的最佳保护,共同作者Sandrine
Brugiroux和Debora
Garzetti比较了几组小鼠的微生物群。一组已被证明对沙门氏菌感染具有抗性,而其他组则对病原体敏感。

研究人员发现受保护小鼠的微生物组包括属于Mucispirillum
schaedleri的细菌,这些细菌不存在于其他组中。M.
schaedleri属于一大群细菌物种,其代表主要栖息在富含泥土或沉积物的环境中。其中,只有Mucispirillum
spp。发生在温血动物如小鼠和人类的胃肠道中。它被认为在人类微生物组中相对罕见,因为它通常不会在粪便样本中发现,Stecher说。然而,这是因为它优先定殖肠道粘膜层。在检查黏膜活检组织的研究中,50%的受试者发现了M.
schaedleri。

为了直接测试细菌是否与沙门氏菌的保护有因果关系,刚刚在Max von
Pettenkofer研究所完成她的博士论文的Simone
Herp利用了gnotobiotic(gnotos,希腊语:已知)小鼠模型,哪些微生物群可以被操纵。因此,可以将选择的细菌物种引入这些小鼠中,使得其微生物群的组成被定义和已知。我们产生了两组小鼠,其中一组含有Mucispirillum
schaedleri,而另一组特别缺乏它。我们实验性地感染了两组沙门氏菌,并且能够证实M.
schaedleri与沙门氏菌感染的保护有因果关系,施特歇尔。

进一步的研究表明,M。schaedleri的保护作用可能取决于其成功地与沙门氏菌竞争某些必需营养素(如硝酸盐)的能力。这种竞争并不一定意味着后者的增长率降低。然而,如果没有足够量的硝酸盐,鼠伤寒沙门氏菌血清型鼠伤寒沙门氏菌无法表达其最重要的毒力因子,即III型分泌系统。结果,它们在肠道内壁中诱导致病性变化的能力显着降低。所涉及的主要毒力因子基本上是作为注射器起作用的分子机器,并且允许细菌将有毒蛋白质注射到肠上皮细胞中。该系统使细菌能够侵入这些细胞,从而导致炎症和肠胃炎。

从长远来看,新的结果可能导致开发预防胃肠道细菌感染的新策略。但这将需要大量的进一步工作,斯特歇指出。例如,我们仍然不知道M.
schaedleri是否对肠道和人类健康有其他 – 并且可能是有害的影响。

当对90种菌株中的每一种中的抗生素的作用进行测试时,发现绝大多数抗生素对作为药物库的一部分的不同类别的抗生素具有抗性。该研究还确定了39种抗生素耐药基因。隶属于Fiocruz,圣保罗州立大学土地和兽医学院(FCAV-UNESP)和Adolfo
Lutz研究所的研究人员参与了这项研究。在Almeida的博士期间,在美国食品和药物管理局(FDA)对90株鼠伤寒沙门氏菌进行了测序。对巴西人类和食品中分离的鼠伤寒沙门氏菌菌株的基因组,转录组和表型进行的比较分析得到了圣保罗研究基金会–FAPESP,FDA和教育部教育发展办公室(CAPES)的支持。

沙门氏菌病

沙门氏菌包括两种,即S. bongori和S.
enterica。后者是种类,具有大量亚种和血清型,导致比巴西和全世界任何其他物种更多的食源性感染。人和动物肠道是这种病原体的主要天然宿主,家禽,猪肉和相关食品是主要的传播媒介。肠道沙门氏菌的六个亚种细分为2,600个血清型。血清型(血清学变体的缩写)是细菌或病毒种类中的明显变异,其特征在于具有相同数量的特异性表面抗原。

从流行病学的角度来看,肠道沙门氏菌最重要的亚种是肠道沙门氏菌亚种,它引起食源性感染,称为沙门氏菌病。症状是腹泻,发烧,胃痉挛和呕吐。S.
entericasubsp。肠杆菌是2000年至2015年巴西报告的31,700例沙门氏菌病的主要原因。该亚种最常分离的血清型是鼠伤寒沙门氏菌和肠炎沙门氏菌。肠炎沙门氏菌是引起沙门氏菌病的主要血清型之一。它首先传播于20世纪90年代在欧洲开始的大流行。鼠伤寒沙门氏菌是大流行前最常见的血清型,并继续引起感染。

据Almeida称,该研究中分析的所有90个菌株属于鼠伤寒沙门氏菌。FCFRP-USP的另一位研究员(也在该大学的临床,毒理学和色谱分析实验室工作)目前正在测序和分析含有血清型肠炎沙门氏菌的样品。Almeida于2015年将90株鼠伤寒沙门氏菌带到了美国。他们的基因组在马里兰州食品安全和应用营养中心的研究员Marc
W.
Allard的监督下进行了测序,他说。鼠伤寒沙门氏菌的基因组包含470万个碱基对。简要反思告诉我们,该研究产生了大量数据,更具体地说是4.23亿个碱基,对应于90个基因组的总和。回到RibeiroPreto后,Almeida与Seribelli合作,对各种菌株的基因组进行了比较分析,以了解它们的多样性和它们之间的进化关系。

根据Almeida的说法,所使用的技术是使用SNP进行高通量基因分型(发音为snips和单核苷酸多态性的简称),这使他们能够通过DNA测序鉴定每个菌株的遗传组成(基因型)。SNP是遗传变异的最常见标记。系统发育结果将90株鼠伤寒沙门氏菌分为两组,A组和B组。从食物中采集的样本组与从人类采集的样本不同,Seribelli解释说。食物分离物以相对相似的数量分布在A组和B组之间,这表明在巴西的食物中有不止一种亚型流行。人类分离株在B组中更为普遍,这表明特定的亚型可能适应了人类。在由FAPESP资助的研究的另一个重要部分中,科学家测量了90种菌株中每种菌株的抗生素耐药性。根据该研究,65株(72.2%)的菌株证实对磺胺类药物有抗药性,44例(48.9%)对链霉素,27例(30%)为四环素,21例(23.3%)为庆大霉素,7例(7.8%)为头孢曲松,头孢菌素抗生素。

抵抗的起源

对SNP的分析鉴定了39种对不同类别的抗微生物或抗生素具有抗性的基因,例如氨基糖苷,四环素,磺胺,甲氧苄啶,-内酰胺,氟喹诺酮,苯酚和大环内酯。在一些基因中也发现了点突变,例如gyrA,gyrB,parC和parE。令人惊讶的是,鼠伤寒沙门氏菌对抗生素具有抗药性,可用于治疗这种疾病,Seribelli说。这些药物可供医生用于对抗表现出抗药性的感染。当微生物未被患者的免疫系统杀死时,它们是第二道防线,因为沙门氏菌病通常是自限性的,不需要使用抗生素。主要问题是当这种情况失败并且细菌变得具有侵入性。

吸引科学家注意的另一点是30年样本采集期间菌株的抗性差异。20世纪90年代中期收集的鼠伤寒沙门氏菌的样本显示出比晚年样本对抗生素的抗性更强。这可以通过20世纪90年代早期出现的血清型肠炎沙门氏菌来解释,后者已成为主要的一种。沙门氏菌感染的原因,塞里贝利说。肠炎沙门氏菌自20世纪50年代以来就已为人所知,但有一段时间,它引起的疾病病例较少。这种情况从肠炎沙门氏菌大流行改变而来,该流行病始于20世纪80年代末和90年代初的欧洲,然后传播到世界各地。从那以后,肠炎沙门氏菌一直是巴西和全世界最流行的血清型之一。因此,它是一种血清型,如果必要的话也可以与抗生素作斗争,Seribelli说。

根据Almeida的说法,鼠伤寒沙门氏菌仍然是巴西和世界范围内从人类,动物和食物中分离出来的主要血清型之一。自20世纪90年代中期的肠炎沙门氏菌大流行以来,与20世纪90年代以前的流行病相比,抗性菌株的数量明显减少,但是这些菌株的毒力是否增加以使它们适应这一新的生态位是未知的。这项研究的主要发现是在样本中发现了大量的抗性基因,考虑到它们是从人类和食物中分离出来的。这表明当今巴西含沙门氏菌食物的污染风险非常大。对抗生素有抗药性,阿尔梅达说。

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