致羊腹泻大肠杆菌噬菌体的分离鉴定及其在环境中的杀菌效果评估

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致羊腹泻大肠杆菌病主要多发于3周龄内的羔羊,特别是2~7日龄羔羊的发病率及死亡率较高。随着养殖业集约化、规模化发展,致腹泻大肠杆菌对羊养殖业造成的经济损失越来越大。羊致病性大肠杆菌主要通过抗生素进行治疗,随着耐药菌株日益增多以及兽药残留等问题,国家出台相应的养殖场禁抗限抗政策。因此迫切需要找到更多的新型抗菌药物代替抗生素来消灭此类病原菌。噬菌体是地球上数量最多的微生物,在各种生物和环境中发挥着重要作用。作为一种细菌病毒,噬菌体裂解宿主菌具有高度的特异性,安全性及高效性等优点,这为消灭环境中的致病性大肠杆菌提供了新的研究方案。本研究从陕西省富平县采集的腹泻羊粪便及剖检样本中分离出致病性大肠杆菌,进一步从原生环境样本中分离并筛选对致羊腹泻大肠杆菌具有较强裂解能力的噬菌体,进行生物学特性分析以及环境杀菌效果评估,探索其临床应用前景。(1)致羊腹泻大肠杆菌分离鉴定。从陕西省富平县不同羊养殖场及规模化养殖户采集了221份腹泻样品及30份剖检样品,进行大肠杆菌的分离鉴定。分离出118株大肠杆菌,采用O抗原凝集实验结合O抗原特异性DNA序列PCR鉴定法对所分离致病性大肠杆菌进行O血清型鉴定,最终118株分离的大肠杆菌中有16株被定型,包含5种血清型,包括O8(37.5%)、O101(37.5%)、O111(6.25%)、O56(12.5%)、O45(6.25%)。(2)噬菌体分离及生物学特性分析。以前期分离出的118株大肠杆菌为宿主菌,从原生环境采集的304份粪便样本,100份污水样本中分离噬菌体,通过宿主谱及裂解能力检测,筛选出6株噬菌体进行生物学特性分析以及后续研究,分别命名为P7、P19、P108、P113、P170、P200。宿主谱结果显示噬菌体P19、P113、P170、P108、P200、P7分别能裂解34株、17株、29株、29株、10株、1株大肠杆菌,覆盖上述(1)鉴定出的5种血清型的致病性大肠杆菌。纯化后6株噬菌体的噬菌斑均呈边缘清晰,中心透亮,具有典型的烈性噬菌体特征,且直径明显增大,说明其有较强的裂解能力。透射电镜下观察噬菌体微观形态,确定其中P113、P108、P7为肌尾科噬菌体,P19、P170属短尾科噬菌体,P200为长尾科噬菌体。P200最佳感染复数为0.1,P170最佳感染复数为1,P108、P7、P113的最佳感染复数为0.001,P19的最佳感染复数为0.0001。一步生长曲线结果表示,P200潜伏期为30 min,爆发期为40 min,爆发量为109 pfu/cell;P170潜伏期约为25 min,爆发期约为50 min,爆发量为105pfu/cell;P108潜伏期约为10 min,爆发期约为40 min,爆发量为为695 pfu/cell;P7潜伏期约为5 min,爆发期约为55 min,爆发量为790 pfu/cell;P19潜伏期约为5 min,爆发期约为60 min,爆发量为700 pfu/cell;P113潜伏期约为20 min,爆发期约为50 min,爆发量为167 pfu/cell。6株噬菌体均能在60℃及以下温度,p H4~11间生存,表明所选噬菌体具有良好的环境耐受能力。(3)噬菌体制剂环境杀菌效果评估。为了评估噬菌体应用于临床环境杀菌的能力,本研究分别检测了宿主菌与噬菌体接触6 h后产生噬菌体抗性的概率;不同感染复数下噬菌体的体外抑菌效果;阳光直射对噬菌体效价的影响。结果显示,P7、P113、P200、P19、P170、P108产生噬菌体抗性的概率分别为为3.5×10-6、1.5×10-4、3.7×10-4、2.9×10-6、9.1×10-5、2.2×10-4。所选噬菌体在1~2 h内对细菌的抑制作用不明显,大多都在2 h后使细菌OD600值大幅下降,持续一段时间后OD600值又会持续上升,且不同感染复数的实验组间存在细小差异。阳光照射6 h使所选噬菌体效价下降1~2个数量级。本研究进一步用透明箱分别模拟单一宿主菌污染以及混合宿主菌污染的密闭环境,喷洒单一噬菌体制剂以及噬菌体鸡尾酒制剂来检测噬菌体喷雾剂的环境杀菌效果。结果表明无论是单一噬菌体喷雾,还是鸡尾酒制剂喷雾都能在0.5 h内消灭模拟环境中绝大多数的细菌,证明所选噬菌体均具有良好的环境杀菌能力,且彼此间不会干扰杀菌能力。综上,本研究筛选的6株噬菌体具有良好的环境耐受力,环境杀菌能力,裂解谱广且裂解效率高,具有一定的开发潜力。此外,所选噬菌体混合使用时彼此不会干扰杀菌效果,可进一步制成鸡尾酒制剂以扩大临床应用范围。本项目的实施可以丰富无抗养殖模式下临床环境杀菌剂选择,有效解决羊养殖中杀菌抑菌剂带来的兽药残留问题,对进一步促进羊养殖业及其副产品的健康发展具有重要的现实意义。
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