Molecular characterization and epidemiological study of multidrug resistant pathogenic Escherichia coli human isolates from 2001-2010
1
Issued Date
2015
Copyright Date
2015
Resource Type
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xviii, 140 leaves : col. ill.
Access Rights
open access
Rights
ผลงานนี้เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยมหิดล ขอสงวนไว้สำหรับเพื่อการศึกษาเท่านั้น ต้องอ้างอิงแหล่งที่มา ห้ามดัดแปลงเนื้อหา และห้ามนำไปใช้เพื่อการค้า
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (M.Sc. (Microbiology))--Mahidol University, 2015
Suggested Citation
Supaporn Ruksasiri Molecular characterization and epidemiological study of multidrug resistant pathogenic Escherichia coli human isolates from 2001-2010. Thesis (M.Sc. (Microbiology))--Mahidol University, 2015. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/94097
Title
Molecular characterization and epidemiological study of multidrug resistant pathogenic Escherichia coli human isolates from 2001-2010
Alternative Title(s)
การตรวจระดับอณูชีวโมเลกุลและการศึกษาระบาดวิทยาของเชื้อ Escherichia coli ชนิดก่อโรคที่ดื้อต่อยาต้านจุลชีพหลายขนานจากคนในช่วงปี 2001-2010
Author(s)
Abstract
Multidrug resistant (MDR) diarrheagenic Escherichia coli (DEC) is a dangerous causative agent of diarrhea in children and travelers. Nevertheless, little is known about the molecular characteristics of these bacteria in a community setting. This study assessed the prevalence and molecular characterization of class 1 integrons and epidemiology of 200 MDR diarrheagenic E. coli: enteroaggregative E. coli (EAEC); enteropathogenic E. coli (EPEC); enterotoxigenic E. coli (ETEC); enteroinvasive E. coli (EIEC); and shiga-like toxin producing E. coli (STEC) isolates from indigenous children, native adults and travelers in Thailand, Cambodia, Maldives, Nepal, and Vietnam in 2001-2010. Using PCR specific primers to a class 1 integrase (intI1) gene, 5'-3' conserved sequence (5'CS-3'CS), and dot-blot hybridization, class 1 integrons were found in 70.5% (62/88) and 76.4% (84/110) in adults and children, respectively. Resistance gene cassettes identified in this study were aadA1, aadA2, and aadA5 (for streptomycin resistance); dfrA12 and dfrA17 (for trimethoprim resistance); and linF (for lincosamide resistance). Epidemiological study was performed to understand genetic relatedness and investigate the possible clonal spread among these bacteria by using plasmid profiling, Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus (ERIC-PCR), and high throughput multi-locus sequence typing (HiMLST) incorporated with space-time disease surveillance. Using Achtman MLST typing scheme, this study have designed the specific PCR primers to 7 housekeeping genes, excepting adk to obtain optimal amplicon sizes for 454 sequencing system. Among three typing techniques, plasmid profiling gave the lowest discriminatory power (DI, 0.956) whereas DI of ERIC PCR is very similar to HiMLST (0.973 vs 0.979). The results showed high diversity in each group of E. coli pathotypes, whereas ST182 was predominant as the ETEC, suggesting some ETEC strains were clonal expansion. The clonal spread included the possible outbreaks, the persistence clones, and the international spread clones. Moreover, many STs were matched with strains from food- producing animals in E. coli MLST database. These findings highlight the role of clonal expansion among these bacteria in human and animals. In conclusion, this study revealed the long-term genetic relatedness among community-acquired MDR diarrheagenic E. coli isolates harboring class 1 integrons, and suggested the circulation of these resistance elements in the community. These results provide crucial public health information for surveillance and control of antibiotic resistance pathogens in this part of Asia. A cost-effective high-throughput MLST (HiMLST) absolutely generates the robust MLST on a large-scale sequencing, which can be applied for new strategies in MLST studies using next-generation sequencing (NGS) or new affordable applications.
เชื้อ Escherichia coli (E. coli) ชนิดก่อโรคท้องเสียที่ดื้อยาหลายขนานเป็นสาเหตุสำคัญของโรคอุจจาระร่วงในเด็กและนักท่องเที่ยว อย่างไรก็ตามข้อมูลด้านลักษณะทางอณูชีวโมเลกุลของเชื้อเหล่านี้ในชุมชนยังมีน้อย การศึกษาครั้งนี้ได้ประเมินความชุกและลักษณะทางอณูชีวโมเลกุลของ class 1 integrons และระบาดวิทยาของเชื้อ E. coli ชนิดก่อโรคท้องเสียที่ดื้อยาหลายขนาน จำนวน 200 ตัวอย่างที่แยกได้จากเด็กชนพื้นเมืองและผู้ใหญ่รวมทั้งชาวบ้านและนักท่องเที่ยวในประเทศไทย กัมพูชา มัลดีฟส์ เนปาล และเวียดนามช่วงปี ค.ศ. 2001-2010 ซึ่งได้แก่ enteroaggregative E. coli (EAEC), enteropathogenic E. coli (EPEC), enterotoxigenic E. coli (ETEC), enteroinvasive E. coli (EIEC) และ shiga-like toxin producing E. coli (STEC) โดยวิธีเพิ่มสารพันธุกรรมแบบลูกโซ่ (PCR) ซึ่งใช้ไพรเมอร์ที่จำเพาะต่อยีน intI1, 5'CS-3'CS และวิธี dot-blot hybridization โดยยีนเป้าหมายคือ intI1 ตรวจพบ class 1 integrons 70.5% (62/88) และ 76.4% (84/110) ในผู้ใหญ่และเด็กตามลำดับ ยีนดื้อยาที่พบในการศึกษาครั้งนี้ได้แก่ aadA1, aadA2 และ aadA5 (ดื้อต่อยาสเตร๊ปโตมัยซิน) dfrA12 และ dfrA17 (ดื้อต่อยาไตรเมโทพริม) และ linF (ดื้อต่อยาในกลุ่มลินโคซาไมด์) การศึกษาทางระบาดวิทยาเพื่อเข้าใจความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมและสืบสวนการแพร่กระจายตามชนิดของสายพันธุ์ (clonal spread) ในแบคทีเรียเหล่านี้โดยใช้ plasmid profiling, Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus PCR (ERIC PCR) และ high throughput multi-locus sequence typing (HiMLST) ร่วมกับการเฝ้าระวังโรคโดยอาศัยพื้นที่สัมพันธ์กับเวลา (spacetime disease surveillance) ไพรเมอร์จำเพาะต่อ 7 ยีนที่มีความจำเป็นต่อการดำรงชีพของเชื้อ (housekeeping genes) ได้ถูกออกแบบสำหรับเพิ่มสารพันธุกรรมแบบลูกโซ่ (PCR) ยกเว้นยีน adk โดยใช้แบบแผนการแยกชนิด MLST ตาม Achtman (Achtman MLST typing) เพื่อให้ได้ขนาดของ DNA (amplicons) ที่เหมาะสำหรับระบบ 454 sequencing ในบรรดา 3 เทคนิคการแบ่งชนิด plasmid profiling มีอำนาจการจำแนกสายพันธุ์ (discriminatory power) ต่ำาสุด (DI, 0.956) ในขณะที่อำนาจการจำแนกของวิธี ERIC PCR คล้ายกับวิธี HiMLST มาก (0.973 vs 0.979) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายในแต่ละกลุ่มของเชื้อ E. coli ชนิดก่อโรค ยกเว้น ST182 ทุกตัวอย่างเป็น ETEC จึงกล่าวได้ว่า ETEC บางสายพันธุ์มีการแพร่กระจายตามชนิดของสายพันธุ์นั้น (clonal spread) ในการศึกษานี้พบการแพร่กระจายตามชนิดของสายพันธุ์ได้แก่ สายพันธุ์ที่น่าจะระบาด (possible outbreaks) สายพันธุ์ที่คงอยู่ (persistence clones) และสายพันธุ์ข้ามประเทศ (international spread clones) นอกจากนี้หลาย STs ยังจับคู่กับสายพันธุ์จากสัตว์เพื่อผลิตเป็นอาหารที่มีในฐานข้อมูล E. coli MLST การค้นพบนี้ได้เน้นบทบาทของการแพร่กระจายตามสายพันธุ์ในแบคทีเรียเหล่านี้ทั้งในมนุษย์และสัตว์ โดยสรุปการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมในระยะยาวของเชื้อ E. coli ชนิดก่อโรคท้องเสียที่ดื้อยาหลายขนานแบบมี class 1 integrons และชี้ให้เห็นถึงการหมุนเวียนของ class 1 integrons ในชุมชน ผลการศึกษาเหล่านี้เป็นข้อมูลสำคัญทางสาธารณสุขสำหรับการเฝ้าระวังและการควบคุมเชื้อโรคดื้อยาปฏิชีวนะในเอเชียภูมิภาค ด้วยราคาที่มีประสิทธิภาพของเทคนิค HiMLST ทำให้การแบ่งชนิดแบบ MLST สำหรับโครงการหาลำดับทางพันธุกรรมขนาดใหญ่แข็งแกร่งขึ้นอย่างแท้จริง ซึ่งสามารถปรับใช้สำหรับกลยุทธ์ใหม่ในการศึกษา MLST โดยใช้ next-generation sequencing (NGS) หรืองานประยุกต์ใหม่ในราคาที่สามารถจ่ายได้
เชื้อ Escherichia coli (E. coli) ชนิดก่อโรคท้องเสียที่ดื้อยาหลายขนานเป็นสาเหตุสำคัญของโรคอุจจาระร่วงในเด็กและนักท่องเที่ยว อย่างไรก็ตามข้อมูลด้านลักษณะทางอณูชีวโมเลกุลของเชื้อเหล่านี้ในชุมชนยังมีน้อย การศึกษาครั้งนี้ได้ประเมินความชุกและลักษณะทางอณูชีวโมเลกุลของ class 1 integrons และระบาดวิทยาของเชื้อ E. coli ชนิดก่อโรคท้องเสียที่ดื้อยาหลายขนาน จำนวน 200 ตัวอย่างที่แยกได้จากเด็กชนพื้นเมืองและผู้ใหญ่รวมทั้งชาวบ้านและนักท่องเที่ยวในประเทศไทย กัมพูชา มัลดีฟส์ เนปาล และเวียดนามช่วงปี ค.ศ. 2001-2010 ซึ่งได้แก่ enteroaggregative E. coli (EAEC), enteropathogenic E. coli (EPEC), enterotoxigenic E. coli (ETEC), enteroinvasive E. coli (EIEC) และ shiga-like toxin producing E. coli (STEC) โดยวิธีเพิ่มสารพันธุกรรมแบบลูกโซ่ (PCR) ซึ่งใช้ไพรเมอร์ที่จำเพาะต่อยีน intI1, 5'CS-3'CS และวิธี dot-blot hybridization โดยยีนเป้าหมายคือ intI1 ตรวจพบ class 1 integrons 70.5% (62/88) และ 76.4% (84/110) ในผู้ใหญ่และเด็กตามลำดับ ยีนดื้อยาที่พบในการศึกษาครั้งนี้ได้แก่ aadA1, aadA2 และ aadA5 (ดื้อต่อยาสเตร๊ปโตมัยซิน) dfrA12 และ dfrA17 (ดื้อต่อยาไตรเมโทพริม) และ linF (ดื้อต่อยาในกลุ่มลินโคซาไมด์) การศึกษาทางระบาดวิทยาเพื่อเข้าใจความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมและสืบสวนการแพร่กระจายตามชนิดของสายพันธุ์ (clonal spread) ในแบคทีเรียเหล่านี้โดยใช้ plasmid profiling, Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus PCR (ERIC PCR) และ high throughput multi-locus sequence typing (HiMLST) ร่วมกับการเฝ้าระวังโรคโดยอาศัยพื้นที่สัมพันธ์กับเวลา (spacetime disease surveillance) ไพรเมอร์จำเพาะต่อ 7 ยีนที่มีความจำเป็นต่อการดำรงชีพของเชื้อ (housekeeping genes) ได้ถูกออกแบบสำหรับเพิ่มสารพันธุกรรมแบบลูกโซ่ (PCR) ยกเว้นยีน adk โดยใช้แบบแผนการแยกชนิด MLST ตาม Achtman (Achtman MLST typing) เพื่อให้ได้ขนาดของ DNA (amplicons) ที่เหมาะสำหรับระบบ 454 sequencing ในบรรดา 3 เทคนิคการแบ่งชนิด plasmid profiling มีอำนาจการจำแนกสายพันธุ์ (discriminatory power) ต่ำาสุด (DI, 0.956) ในขณะที่อำนาจการจำแนกของวิธี ERIC PCR คล้ายกับวิธี HiMLST มาก (0.973 vs 0.979) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายในแต่ละกลุ่มของเชื้อ E. coli ชนิดก่อโรค ยกเว้น ST182 ทุกตัวอย่างเป็น ETEC จึงกล่าวได้ว่า ETEC บางสายพันธุ์มีการแพร่กระจายตามชนิดของสายพันธุ์นั้น (clonal spread) ในการศึกษานี้พบการแพร่กระจายตามชนิดของสายพันธุ์ได้แก่ สายพันธุ์ที่น่าจะระบาด (possible outbreaks) สายพันธุ์ที่คงอยู่ (persistence clones) และสายพันธุ์ข้ามประเทศ (international spread clones) นอกจากนี้หลาย STs ยังจับคู่กับสายพันธุ์จากสัตว์เพื่อผลิตเป็นอาหารที่มีในฐานข้อมูล E. coli MLST การค้นพบนี้ได้เน้นบทบาทของการแพร่กระจายตามสายพันธุ์ในแบคทีเรียเหล่านี้ทั้งในมนุษย์และสัตว์ โดยสรุปการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมในระยะยาวของเชื้อ E. coli ชนิดก่อโรคท้องเสียที่ดื้อยาหลายขนานแบบมี class 1 integrons และชี้ให้เห็นถึงการหมุนเวียนของ class 1 integrons ในชุมชน ผลการศึกษาเหล่านี้เป็นข้อมูลสำคัญทางสาธารณสุขสำหรับการเฝ้าระวังและการควบคุมเชื้อโรคดื้อยาปฏิชีวนะในเอเชียภูมิภาค ด้วยราคาที่มีประสิทธิภาพของเทคนิค HiMLST ทำให้การแบ่งชนิดแบบ MLST สำหรับโครงการหาลำดับทางพันธุกรรมขนาดใหญ่แข็งแกร่งขึ้นอย่างแท้จริง ซึ่งสามารถปรับใช้สำหรับกลยุทธ์ใหม่ในการศึกษา MLST โดยใช้ next-generation sequencing (NGS) หรืองานประยุกต์ใหม่ในราคาที่สามารถจ่ายได้
Description
Microbiology (Mahidol University 2015)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's degree
Degree Department
Faculty of Medicine Siriraj Hospital
Degree Discipline
Microbiology
Degree Grantor(s)
Mahidol University