针对食源性病原菌流行性的Meta分析和都柏林沙门氏菌的比较基因组分析

发布时间：2020-06-06 19:35

【摘要】：至今为止,食源性致病菌引起的食品安全问题逐渐成为困扰发达国家以及发展中国家的难题之一,中国同样面临着这一严峻的挑战。在全球各大数据库中已经涌现出成千上万的关于食源性病菌的研究,然而由于这些研究在取样规模以及实验方法方面存在较大的差异,使得出的研究结果的迥然不同。为探究其中的规律,我们应用meta分析的方法对中国和非洲食品样品中常见的食源性病菌的流行性进行了广泛的调查研究。在中国食源性病菌的调查中发现,都柏林沙门菌是造成中国食品安全问题的最为主要的元凶之一。都柏林沙门菌是一种牛源性的能引起肠炎以及奶牛全身系统性疾病的病原菌。本研究还采用线虫感染模型来比较评价不同菌株产生的毒力强弱以及其他适应性变化,并结合大规模全基因组测学的手段对人源性和牛源性的菌株相应的菌株基因型进行了检测。结果1.中国以及部分非洲国家的食源性病原菌meta分析结果食物中病原的总体流行率约为8.5%(95%CI:8.2-8.7)。水产品中的病原菌流行率最高为12.8%(12.0-13.5),而蔬菜中的病原菌流行率最低为3.0%(2.6-3.4)。在所有食源性病原体中,弧菌流行率最高为21.3%(19.6-23.1),而致病性大肠杆菌流行率最低为4.3%(3.3-5.2)。中国食品中主要食物病原体按照其流行率递减的顺序依次为副溶血性弧菌,弯曲杆菌,蜡状芽孢杆菌,金黄色葡萄球菌,沙门菌,肠杆菌,单核细胞增生李斯特菌和致病性大肠杆菌。研究结果显示,病原体在东部沿海地区的分布密度较高,而西部省份获得的相关数据最少。在非洲国家,肠杆菌科,大肠杆菌,沙门菌,金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌是最常被报道的病原微生物。这些国家的食源性病原菌的流行率高达34.2%(29.0-39.3%)。另一个显著的特点是即食食品和生食食品中病原菌都具有较高且相当的流行率。大肠杆菌在即食食品中平均为31.6%,生食中平均为37.6%;沙门菌为21.7%和19.9%;金黄色葡萄球菌为25.1%和27.8%;单核细胞增生李斯特菌为19.5%和6.7%。2.都柏林沙门氏菌的表型和基因型分析MLST结果显示采集样品中的都柏林沙门菌是属于ST10的同源菌种。尽管细菌的来源不同(例如人和动物),但大多数菌株在不同的培养条件下都表现出相似的生物行为。在不同的培养条件下,大多数细菌的运动性并无显著性差异,而只有两种人源的都柏林沙门菌在有氧或无氧条件下形成了微量的菌膜。两种来源的菌株形态大都均匀一致,只有两种动物源和两种人类源菌株在有氧培养中形成了放射状形态,而在厌氧培养条件下所有菌株都呈现出典型的锯齿形态。尽管动物分离株的抗性决定因子数量要比人分离株多,但人类和动物分离株在抗药模式方面几乎没有明显的区别。与动物分离株相比,人类分离株中在有氧培养环境下的抗药性较弱。有两种分离株对四环素,磺胺甲恶唑和氯霉素都表现出很强的耐药性,而对氨基糖苷类的抗性是变化不定的。同时二者在有氧条件下失去了对喹诺酮的抗性,而在厌氧培养中,其MIC值和抗性都增加,尤其人类分离株表现明显。对氨基糖苷类(尤其是链霉素)的抗性与前者类似,即其MIC和抗性在厌氧培养中增加。在有氧培养中,对四环素(动物为92%,人为50%),磺胺甲恶唑(动物为95%,人为70%)和氯霉素(动物为89%,人为50%)的耐药率较高。在厌氧培养中,对链霉素的耐药性很高(动物为96%,人为70%),头孢噻呋(动物为94%,人为100%),氯霉素和磺胺甲恶唑(动物为87%)对磺胺甲恶唑为100%。在人类分离物中。对除喹诺酮类抗生素外的其他所有药物的耐药性,基因型-表型一致性的细菌所占比例超过总数的80%。而对喹诺酮类药物的耐药实验中,有氧培养条件下的细菌的基因型和表型的一致性非常高,但在厌氧培养中却是不一致的。主要的基因型表型不一致是有些耐药的细菌自身并未携带获得性耐药基因。由此推断,即使在没有获得性抗性基因的情况下,厌氧培条件仍可激活细菌对喹诺酮类的抗药机制和生化反应,最终导致基因型和表型不一致性的现.使用秀丽隐杆线虫进行的动物模型毒力评估显示,与动物分离株相比,人类毒株的毒力更强(中位存活时间为7天)(中位存活时间为9天)。3.人源以及牛源分离菌株的基因组比较分析基因组比较分析发现动物来源(特别是牛)分离菌株可形成聚类,并分明地与人源分离株区分开来。动物分离菌株含有超过30种获得性多药耐药基因,而人类分离菌株含有少于25种多药耐药性基因。动物分离株含有≥3种不同类型的质粒,而人类分离株含有≤2种不同类型的质粒。基因组比较显示,来源不同的各分离株基因组呈现出高度的一致性,并且大规模全基因组测序和随后的序列分析也没有发现任何仅属于动物或者人类分离株的典型特征。即使有一些分离株存在表型差异,但其基因型并未发生变化。4.总结陈述和研究意义研究结果表明中国与发达国家面临着同样的食源性病菌污染的风险,所以制定执行微生物食品安全和降低风险的政策措施时不容缓,迫在眉睫。我们的研究结果证明了选择弧菌和沙门菌作为中国食品安全检测靶标是具有重要意义的,同时有力地反驳了认为病原菌只局限于沿海地区或者内陆的观点。另外,建议在处理生食或RTE食品样品时改善操作规范,同时在同一地区内采用统一的实验室操作流程的安全监测体系,将有助于产生同质性较高的结果。对于病原菌而言,动物或人类来源的高度同源的都柏林沙门菌的所表现出的行为差异可用源-库动力学原理来解释,即分离菌株在不同环境的诱导下表现出相应的反应以更好地适应生存,而不是保持原来的突变。厌氧和有氧环境条件下细菌可产生不同的耐药表现,尤其是对喹诺酮类,所以我们应根据环境条件的不同来选择相应的抗生素种类,治疗方案和用药剂量,以期对病畜或者病人产生最好的治疗效果。而细菌形成少量生物膜的意义在于,这样可使得保持浮游状态的细菌自由移动,再辅以其于厌氧或好氧条件下的运动性,可能有益于细菌在恶劣环境下生存下来。在抗生素治疗过程中,厌氧条件下细菌的耐药性增强将有益于其在宿主体内的生存繁殖。根据不同的环境刺激信号或者宿主-病原的相互作用的诱导,都柏林沙门氏菌可改变其应对机制以大大增强其在不同环境的生存适应性。
【图文】：

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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R378


本文编号：2700156