猪源多杀性巴氏杆菌A型、D型分离株病原学特性比较研究

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多杀性巴氏杆菌(Pasteurella muliocida,Pm)是引起猪呼吸道疾病的重要病原之一,有5个荚膜血清型(A、B、D、E、F),其中猪源Pm分离株主要为A和D型,可引起猪进行性萎缩性鼻炎(PAR)及肺炎,严重影响世界养猪业的可持续发展。通常从肺炎型巴氏杆菌病猪肺中分离的Pm主要是A型,从患有PAR猪体中分离的Pm则多为D型,然而并非绝对,目前在肺炎型巴氏杆菌病猪体中D型Pm的分离率上升幅度较大,显示不同症状可能对应任一血清型。而引起肺炎型巴氏杆菌病Pm的A型与D型菌株在病原学特性方面是否存在差异甚或差异程度如何,包括形态与培养、生理生化及其代谢、毒力及毒力因子、生物膜形成能力、耐药性及耐药基因等,本研究即利用源自肺炎型巴氏杆菌病猪的A型和D型Pm开展了比较研究,旨在为有效防控猪巴氏杆菌病提供技术储备和科学依据。本研究以临床分离鉴定的9株A型Pm和7株D型Pm为受试菌株,2株Pm标准菌株(编号分别为A型-CVCC403,D型-CVCC399)为参照进行以下试验:(1)采用常规细菌学方法和多位点序列分型(MLST)技术分别检定形态、培养、生化特性和ST型;(2)采用PCR技术检测23种毒力基因;根据小鼠致病性试验选择致死性最强及最弱的代表菌株,通过累积法、组织病理切片及HE染色法、活菌平板计数法和结晶紫染色法分别进行对小鼠的半数致死量(LD50)测定、病变观察、组织荷菌数测定和对He La细胞的黏附力测定;(3)采用结晶紫染色法测定生物被膜(BF)形成能力;(4)采用PCR技术检测18种耐药基因,纸片琼脂扩散法和微量肉汤稀释法测定对24种药物的感受性;(5)利用细菌全基因测序和比较基因组学分析基因组结构及基因功能差异;(6)利用转录组测序(RNA-seq)技术比较基因表达差异。结果显示:(1)9株A型Pm、7株D型Pm以及A型-CVCC403、D型-CVCC399镜检均呈红色,球杆状或短杆状,单个或成双排列;均在普通琼脂培养基上生长贫瘠,在血琼脂平板上长成淡灰色、圆形、湿润的露珠样菌落,无溶血现象,其中A型菌落均大于D型;均具有明显的对数生长期和稳定生长期,最高活菌峰值均处于同一数量级,无明显差异;33.3%(3/9)A型Pm和85.7%(6/7)D型Pm生化特性相同,其余则对乳糖、半乳糖、甘露醇和木糖的反应不一致;9株A型Pm均为ST133,A型-CVCC403为ST42型;7株D型Pm和D型-CVCC399均为ST11型。(2)筛选出3株A型Pm(编号A型-HF11-1、A型-AHma21-6、A型-AHma21-4)及A型-CVCC403的LD50介于821~2.440×10~4CFU/只,3株D型Pm(编号D型-HN-1、D型-JSling19-10、D型-AHma21-3)及D型-CVCC399的LD50介于2.912×10~4~1.127×10~6CFU/只。LD50为821CFU/只的A型-HF11-1攻毒小鼠各脏器中的组织荷菌数最多,病变最明显,LD50为1.127×10~6CFU/只的D型-CVCC399攻毒后小鼠各脏器中的组织荷菌数最少,病变最轻微。3株A型Pm黏附在He La细胞表面的数目显著多于3株D型Pm;ptf A、fim A、hsf-1、hsf-2、exb B、exb D、ton B、hgb A、hgb B、Fur、omp H、oma87、plp B、nan H、sod A和sod C等16种毒力基因的阳性率为100%;均未检出tox A和tbp A基因;omp A基因在A型和D型Pm中阳性率分别为40%和100%;仅A型Pm中检出pfh A、tad D和pm HAS基因,D型Pm中检出nan B基因。(3)7株D型Pm的BF形成能力为(1+),均弱于D型-CVCC399(2+),而除1株A型Pm为(1+)外,其余8株和A型-CVCC403均在中等以上(2+/3+)。(4)9株A型Pm、7株D型Pm及A型-CVCC403、D型-CVCC399对克林霉素均耐药(MIC=16μg/m L,无MBC值),44.4%(4/9)A型Pm和42.8%(3/7)对林可霉素耐药,均对诺氟沙星、环丙沙星和卡那霉素敏感。耐药基因sul1、sul2检出率分别为18.7%、55.6%;tet A、tet B、tet G、tet R检出率分别为11.1%、22.2%、44.4%、11.1%;bla TEM、bla OXA、bla SHV检出率分别为5.5%、11.1%、5.5%;sul3、tet H、bla CTX、dfr A5、dfr A7、dfr A13、em A、em C、lnu A均未检出。(5)受试菌株A型-HF11-1与D型-AHma21-3全基因组序列共线性较好,相似度为98.65%,无插入和缺失序列,无质粒和噬菌体基因序列的存在,有9个易位、2个倒置区域和2个CRISPR元件。两者基因多与翻译、核糖体结构、生物发生、糖运输和代谢有关,主要富集到抗生素、次生代谢产物的生物合成和代谢等通路。(6)相较于D型Pm,pgi、hem H、gal E、lpx H、ptf A等毒力相关基因,rcp B、rcp A、tad G、tad F、tad C、pil A、HF11_1000827、csr A、cya A、hfq等BF形成相关基因均在A型Pm的上调表达;Tae A、ugd、Lpx A、Glp T、optr A、Aba F、Uhp T等耐药基因均为下调表达;两者差异表达基因显著性富集通路为戊糖和葡萄糖醛酸盐转化通路,NOD样受体信号通路和细菌趋化性信号系统。结果表明:(1)源自肺炎型巴氏杆菌病猪的A型和D型Pm形态及培养生长特性相似,但A型菌落直径大于D型;生理生化特性多样,主要体现在糖酵解能力上的差异;ST型组成多样;均存在多重耐药现象,耐药性无显著差异;A型Pm的毒力、BF形成能力和对细胞的黏附力普遍强于D型。(2)A型和D型Pm全基因组序列中的易位与倒置区域及CRISPR元件可能造成两者某些微生物表型产生差异。(3)RNA-seq分析共筛选出5个毒力相关基因pgi、hem H、gal E、lpx H、ptf A、com EA;10个与BF形成能力和黏附相关基因rcp B、rcp A、tad G、tad F、tad C、pil A、HF11_1000827、csr A、cya A、hfq。相较于D型Pm,这些基因在A型Pm中上调表达,有助于其菌毛蛋白合成,增强其BF形成能力和对细胞的黏附力,进而影响其致病性。
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