CC BY
27
ИНТЕГРОН-К АНТИБ ВЫД В
Ranjbar, PhD, Professor, Head1 ..ned Moradi, MSc, Researcher2; aser Harzandi, PhD, Assistant Professor2; h Kheiri, MSc, Researcher3; am Khamesipour, DVM, MSc, MPH, PhD, Researcher4
1Molecular Biology Research Center, Systems Biology and Poisonings Institute, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran; department of Microbiology, Faculty of Sciences, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran; 3Water Quality Control Office, Alborz Province Water and Wastewater Company, Karaj, Iran; "Students Research Committee, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
Бактерия Escherichia coli (кишечная палочка) считается основным пищевым патогеном, широко распространенным среди людей и животных. Штаммы E. coli становятся все более устойчивыми к антибиотикам, частично благодаря генам, находящимся в составе интегронов.
Цель исследования — установить связь между наличием интегронов и резистентностью к антибиотикам у штаммов E. coli, выделенных у человека и животных в провинциях Альборз и Исфахан в Иране.
Материалы и методы. Собрано по 20 биологических образцов от крупного рогатого скота и овец в провинции Исфахан, а также от домашней птицы и людей — в провинции Альборз. Кишечную палочку выделяли с использованием стандартных биохимических и бактериологических методов. Чувствительность к антибиотикам определяли методом диффузии в агаре с использованием дисков по Кирби-Бауэру. Для амплификации генов классов 1 и 2 интегронов — Int1 и Int2 — использовали дуплексную полимераз-ную цепную реакцию.
Результаты. В общей сложности 33 из 80 изолятов (41,25%) содержали интегронные гены. Среди них у 25 изолятов (31,25%) обнаружены интегроны класса 1, у 8 изолятов (10,0%) — интегроны класса 2. Интегрон-положительные штаммы оказались резистентными более чем к 6 антибиотикам.
Заключение. Выявленное широкое распространение интегронов среди изолятов E. coli, выделенных в провинции Альборз, свидетельствует о необходимости проведения регулярного надзора и мониторинга устойчивости бактерий, выделенных у людей и животных в Иране, к противомикробным препаратам, включая молекулярный скрининг интегронов.
Ключевые слова: интегроны; устойчивость к антибиотикам; Escherichia coli.
Как цитировать: Reza Ranjbar, Hamed Moradi, Naser Harzandi, Roohollah Kheiri, Faham Khamesipour. Integron-associated antibiotic resistance patterns in Escherichia coli strains isolated from human and animal sources in two provinces of Iran. Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(4): 64-73, https://doi.org/10.17691/stm2019.11A07
English
Integron-Associated Antibiotic Resistance Patterns in Escherichia coli Strains Isolated from Human and Animal Sources in Two Provinces of Iran
Reza Ranjbar, PhD, Professor, Head1; Hamed Moradi, MSc, Researcher2;
Для контактов: Dr_Faham@yahoo.com; F.Khamesipour@iaushk.ac.ir
Naser Harzandi, PhD, Assistant Professor2;
Roohollah Kheiri, MSc, Researcher3;
Faham Khamesipour, DVM, MSc, MPH, PhD, Researcher4
1Molecular Biology Research Center, Systems Biology and Poisonings Institute, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran;
department of Microbiology, Faculty of Sciences, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran;
3Water Quality Control Office, Alborz Province Water and Wastewater Company, Karaj, Iran;
"Students Research Committee, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
Escherichia coli is recognized as a major food-borne pathogen of humans and animals world-wide. The strains of E. coli have become increasingly resistant to antibiotics, partly as a result of genes carried on integrons.
The aim of the study was to investigate the association between the existence of integrons and antibiotic resistance in E. coli strains isolated from human and animal sources in the Alborz and Isfahan provinces of Iran.
Materials and Methods. Twenty samples were collected from cattle and sheep at Isfahan province and poultry and humans at Alborz province. E. coli was isolated from these samples using standard biochemical and bacteriological techniques. Antibiotic resistance and sensitivity were determined using the Kirby-Bauer disk diffusion method. A duplex polymerase chain reaction was used to amplify the Int1 and Int2 genes of class 1 and 2 integrons.
Results. A total of 33 from 80 isolates (41.25%) contained integron-associated genes. Among these, 25 isolates (31.25%) harbored class 1 integrons; while 8 isolates (10.0%) contained class 2 integrons. Resistance to more than 6 antimicrobial agents was observed among the integron-positive strains.
Conclusion. Our findings showed that integrons were widely spread among E. coli isolated in the Alborz province. Thus, regular surveillance and monitoring of antimicrobial drug resistance in humans and animals in Iran should be performed and should include molecular screening for integrons.
Key words: integrons; antibiotic resistance; Escherichia coli.
Введение
Escherichia coli — это бактерия, которая существует как симбионт либо как патоген у человека и различных видов животных [1-5]. Известно, что именно этот микроорганизм является причиной частых ветеринарных, медицинских и социально-экономических проблем во многих странах мира [6-8]. В течение десятилетий неизбирательное, несанкционированное и неконтролируемое применение проти-вомикробных препаратов для лекарственной терапии человека и животных привело к распространению генов лекарственной устойчивости у бактерий. Это послужило причиной развития резистентности к антибиотикам, что представляет серьезную угрозу здоровью людей и животных [8-9].
Лекарственная резистентность бактерий детерминируется главным образом генетическими компонентами, такими как плазмиды, транспозоны и интегроны. Некоторые авторы считают, что именно интегроны и конъюгативные плазмиды осуществляют перенос генов резистентности [9-12]. Интегроны — это генетические структуры, содержащие сайт-специфический механизм рекомбинации, позволяющий бактериям приобретать и экспрессировать кассеты генов, определяющих резистентность к антибиотикам [13-15]. Интегроны не обладают механизмом транспозиции, однако могут переноситься в сочетании с функциональными транспозонами и/или конъюгативными
плазмидами [13]. Кроме того, они содержат сайт-специфическую систему рекомбинации, способную захватывать и экспрессировать гены в форме кассет генов [16, 17]. Важнейшие компоненты интегронов класса 1 включают: а) 5'-консервативный сегмент (5'-CS), на котором находится ген интегразы (Ы1), который кодирует сайт-специфическую рекомбиназу; б) соседний сайт аШ, который распознается интегразой и действует как рецептор для генных кассет; в) общую область (области) промотора, Рап^Р1) и/или Ра^(Р2), из которых экспрессируются интегрированные кассеты генов [18, 19]. Консервативный сегмент 3'-CS, расположенный по ходу транскрипции ниже встроенных кассет генов, обычно содержит комбинацию из трех генов: qacE1, отвечающего за антибиотикорезистентность; sulI, играющего роль в резистентности к сульфонамидам; 0115 — открытой рамки считывания, функция которой в настоящее время не ясна [20].
В ряде исследований показано, что существуют клональное распространение резистентных штаммов, перенос резистентных генов между бактериями, обитающими у людей и животных, и обмен филогенетическими и генотипическими характеристиками [21]. Экспоненциальное увеличение и распространение бактерий, резистентных к противомикробным препаратам, вызывает огромную озабоченность в связи с трудностями лечения таких инфекций.
Установлено, что в быстром распространении резистентных бактерий большую роль играют гены,
детерминирующие резистентность к антибиотикам, переносимые плазмидами, транспозонами и интегро-нами [17, 22-24]. Показано широкое распространение интегронов среди клинических изолятов [25-28]. Следовательно, высокий уровень лекарственной устойчивости клинических изолятов может объясняться селективным давлением антибиотиков и широко распространенным присутствием интегронов.
Насколько нам известно, существует недостаток информации о наличии интегронов в изолятах E. coli и их участии в развитии лекарственной резистентности. Поэтому целью настоящего исследования было изучение связи между наличием интегронов и резистентностью к противомикробным препаратам у штаммов E. coli, выделенных от человека и животных в провинциях Альборз и Исфахан (Иран).
Материалы и методы
Место проведения исследования. Исследование проводили в двух городах: Карадж, расположенном в провинции Альборз, и Заваре, расположенном в провинции Исфахан. Население провинции Альборз — 2,4 млн. человек, провинции Исфахан — 1,6 млн. человек.
Настоящее исследование было одобрено Комитетом по этике филиала Исламского университета Азад (Карадж).
Всего было собрано 80 образцов фекалий: от крупного рогатого скота (n=20), овец (n=20), домашней птицы (n=20) и людей (n=20). Фекалии были взяты у внешне здоровых людей, образцы отправили в медицинскую лабораторию Амини (провинция Альборз). Фекальные образцы были собраны у кур, выведенных на частной ферме в городе Карадж, у крупного рогатого скота и овец, содержащихся в частном животноводческом хозяйстве в городе Заваре. Ни одно животное не пострадало во время сбора проб в этом исследовании.
Выделение E. coli из образцов. Образцы фекалий помещали в питательную среду LST (Merck, Германия), а затем — в среду EC (Merck) при 44,5°C, после чего высевали на агар EMB (Merck). Колонии с металлическим блеском — вероятные изоляты E. rnli — были проверены методом IMViC для подтверждения [29].
Тест на чувствительность к антибиотикам. Фенотипическую устойчивость E. rnli к антибиотикам измеряли методом диффузии в агаре по
Кирби-Бауэру с использованием коммерческих дисков. Диски Padtan-Teb (Иран) помещали на агаровые пластины Mюллера-Хинтона в соответствии с рекомендациями Института клинических и лабораторных стандартов. Использовали 11 дисков, содержащих следующие антибиотики: ампициллин (AM) 10 мкг, пиперациллин (PIP) 100 мкг, цефазолин (CZ) 30 мкг, стрептомицин (SM) 10 мкг, канамицин (K) 30 мкг, гентамицин (GM) 10 мкг, неомицин (N) 30 мкг, тобрамицин (TOB) 10 мкг, амикацин (AN) 30 мкг, на-лидиксовая кислота (NA) 30 мкг и сульфаметоксазол/ триметоприм (SXT) 23,75/1,25 мкг. Для определения чувствительности к антибиотикам культуру E. coli гомогенизировали в стерильном солевом растворе (0,85% NaCl) и доводили до мутности в соответствии со стандартами МакФарланда 0,5 ед. Затем это равномерно наносили на агаровые пластины Mюллера-Хинтона. Пластины переворачивали, а затем инкубировали при 35°С в течение 18 ч. После этого измеряли диаметры зон ингибирования роста и сравнивали со стандартом, а также с E. coli ATCC 25922 и Staphylococcus aureus ATCC 29213 в качестве положительного контроля. Изоляты с промежуточной лекарственной устойчивостью считались чувствительными, а изоляты, устойчивые к трем и более классам антибиотиков, считались мультирезистент-ными [30-32].
Амплификация интегронов с помощью ПЦР
Экстракция ДНК. Две колонии каждого бактериального изолята помещали в пробирки, содержащие 100 мкл дистиллированной воды. Пробирки нагревали при 100°C в течение 10 мин, а затем осаждали клетки путем центрифугирования. Супернатант, содержащий ДНК, отбирали и хранили при -20°C [29].
Дуплексная реакция ПЦР для индикации изолятов E. coli. Все изоляты E. coli тестировали с помощью множественной ПЦР с применением ранее описанных условий и протоколов [33]. Для амплификации фрагментов 287 и 789 п.н. генов int1 и int2 были использованы два набора праймеров соответственно (табл. 1). Дуплексную реакцию ПЦР проводили в 25 мкл реакционной смеси, содержащей ПЦР-буфер (10 мМ Трис-HCl, 50 мМ KCl и 1,5 мМ MgCl2, рН=8,7), dNTP (200 мкМ), каждый праймер (0,4 мкМ), ДНК-полимеразу Taq (1 МЕ) и матричную ДНК (2 мкл). Для проведения реакции использовали ДНК-термоциклер (CP2-003, Corbett, Австралия) и следующий режим: начальная денатурация при 94°C в течение 4 мин; 30 циклов денатурации при 94°C в течение 5 с; отжиг
Таблица 1
Два набора праймеров, использованных в реакции мультиплексной ПЦР Ген Прямой (5'^3') праймер Обратный (5'^3') праймер Размер, п.н.
Ш TCTCGGGTAACATCAAGG GTTCTTCTACGGCAAGGT 287
М2 CACGGATATGCGACAAAAAGGT GTAGCAAACGAGTGACGAAATG 789
при 59°C в течение 10 с; удлинение при 72°С в течение 30 си конечная стадия расширения в течение 5 мин при 72°С с последующим выдерживанием при 4°С. Продукты ПЦР подвергали электрофорезу в 1,5% агарозном геле, содержащем бромид этидия, при напряжении 80 В в течение 1 ч.
Результаты
Гены интегронов были обнаружены в 33 из 80 изо-лятов E. coli (41,25%). Среди них 25 изолятов (31,25%) содержали интегроны класса 1, включая штаммы, изолированные у овец (n=4), кур (n=12), коров (n=1) и людей (n=8). Восемь изолятов (10,0%) содержали комплексы класса 2, включая штаммы, полученные от овец (n=1), кур (n=6) и человека (n=1) (см. рисунок). Большинство штаммов E. coli, выделенных у овец, кур, коров и людей, были устойчивы к пиперацилли-ну, тобрамицину, амикацину и гентамицину, тогда как меньшее число штаммов были устойчивы к цефазоли-ну и налидиксовой кислоте (табл. 2).
У овец интегрон класса 1 был обнаружен в четырех изолятах E. coli, устойчивых к сульфаметоксазолу/три-метоприму; а интегрон класса 2 — только в одном изо-ляте, устойчивом к сульфаметоксазолу/триметоприму (табл. 3). С другой стороны, интегроны классов 1 и 2 были обнаружены соответственно в 12 и 6 изолятах E. coli, характеризующихся мультирезистентностью, выделенных в пробах от домашней птицы (табл. 4). В пробах, полученных от коров, был обнаружен только один интегрон класса 1 в одном изоляте E. coli, устойчивом к стрептомицину и сульфаметоксазолу/ триметоприму (табл. 5). В одном из 8 изолятов E. coli, полученных от человека, присутствовали интегроны класса 1 и класса 2. Множественная лекарственная устойчивость была обнаружена у большинства изоля-тов E. coli, выделенных от человека (табл. 6).
У интегрон-положительных штаммов E. coli наблюдалась устойчивость более чем к шести противоми-кробным препаратам (табл. 7). Наши результаты показали, что интегроны широко распространены среди
6 5 4 3 2 1 м
Обнаружение гена intl и int2 среди штаммов E. coli. Дорожка M — маркеры 100 п.н.; дорожки 1-6 — положительные штаммы
Таблица 2
Варианты резистентности E. coli к антибиотикам
Антибиотики; Источники
концентрация овцы куры коровы люди
на диске, мкг (n=20) (n=20) (n=20) (n=20)
CZ; 30 6 9 0 8
AM; 10 5 12 7 7
PIP; 100 0 1 0 0
SM; 10 9 13 17 19
TOB; 10 0 5 0 0
SXT; 23,75/1,25 4 11 2 9
AN; 30 0 0 0 0
NA; 30 0 15 2 6
GM; 10 0 5 0 0
K; 30 2 3 1 2
N; 30 3 5 1 2
Здесь: CZ — цефазолин, AM — ампициллин, PIP — пиперациллин, SM — стрептомицин, TOB — тобрамицин, SXT — сульфаметоксазол/триметоприм, AN — амикацин, NA — налидиксовая кислота, GM — гентамицин, K — ка-намицин, N — неомицин.
Таблица 3
Типы лекарственной устойчивости E. coli у овец
Источник — овцы Intl Int2 CZ AM PIP SM TOB SXT AN NA GM K N Устойчивость к препарату
1 — — I I S R I S I S I I I SM
2 + — R I S I I R I S I I I CZ, SXT
3 + — R R I I S R I S S I I CZ, AM, SXT
4 — — I S S R I S I S I I I SM
5 — — I I S I I S I S I I I —
6 — — I I S R I S I S I R R SM, K, N
7 — — I I S R S S S S S S I SM
8 — — I I S I I S I S I I I —
9 + + I I S I I R I S I I I SXT
Окончание табл. 3
Источник — овцы Int1 Int2 CZ AM PIP SM TOB SXT AN NA GM K N Устойчивость к препарату
10 — — R I S R I S I S S S S CZ, SМ
11 — — I S S I I S I S I I I —
12 — — R R S R S S I I I I I CZ, AM, SМ
13 — — I I S I I S I S S I R N
14 — — R R I R I I S S S S S CZ, AM, SМ
15 — — I I S I I S I S S S I —
16 — — I S S R I S I S S I I SM
17 — — I S I I I S I S S I I —
18 — — I R S R S S I S I I I AM, SМ
19 — — R R I I I S I S I R R CZ, AM, К, N
20 + — I I S I I R I I I I I SXT
Всего 4 1 R 6 5 0 9 0 4 0 0 0 2 3
S 0 4 16 0 4 15 2 18 8 4 2
I 14 11 4 11 16 1 18 2 12 14 15
Здесь: R — резистентный; I — частично-резистентный; S — чувствительный. Обозначения см. в табл. 2.
Таблица 4
Типы лекарственной устойчивости E. coli у кур
Источник — куры Int1 Int2 CZ AM PIP SM TOB SXT AN NA GM K N Устойчивость к препарату
1 + + R R I R R R I R R I I CZ, AM, SM, ТОВ, SXT, NA, GM
2 + — R R S R I R I R R I I CZ, AM, SM, SXT, NA, GM
3 + + I S S I I R S R I I I SXT, NA
4 + — I I S I I S I S I I R N
5 — + I R S R I I S S S I S AM, SM
6 + — I R S R R R S R R I R AM, SM, ТОВ, SXT, NA, GM, N
7 + — R R S R I R S R S I I CZ, AM, SM, SXT, NA
8 — + I I S I S R S R S I I SXT, NA
9 — — R R R R S S S R I S I CZ, AM, Р1Р, SM, NA
10 — — I I S I I S I R S I I NA
11 + — R R I I R R I R R R I CZ, AM, ТОВ, SXT, NA, GM, К
12 + — I R S R R R S R R I I AM, SM, ТОВ, SXT, NA, GM
13 + + R R S R R R S R I I R CZ, AM, SM, SXT, NA, К, N
14 — — I S S R I S I R I I I SM, NA
15 + — I S I R I S I R I I I SM, NA
16 + — R R S R S R S R S R R CZ, AM, SM, SXT, NA, К, N
17 — — I I S R S S I R I I I SM, NA
18 + + R R S R S R S S S I S CZ, AM, SM, SXT
19 — — R R S I I S I S I R R CZ, AM, К, N
20 — — I I S I S S I R I S S NA
Всего 12 6 R 9 12 1 13 5 11 0 16 5 3 5
S 0 3 16 0 6 8 10 4 6 2 3
I 11 5 3 7 9 1 10 0 9 15 12
З д е с ь: R — резистентный; I — частично-резистентный; S — чувствительный. Обозначения см. в табл. 2.
Таблица 5
Типы лекарственной устойчивости E. coli у коров
Источник — коровы Intl Int2 CZ AM PIP SM TOB SXT AN NA GM K N Устойчивость к препарату
1 — — S I S R S R S R I I S SM, SXT, NA
2 — — S R S R S S S S S S S AM, SM
3 — — S I S R S S I S S I I SM
4 — — S I S R S S S S S S I SM
5 — — S R S R S S S S S S R AM, SM, N
6 — — S I S R S S S S S I R SM, K
7 — — S R S R S S S S S S I AM, SM
8 — — S I S R S S S S S S I SM
9 — — S I S R S S S S S S I SM
10 — — I I S R S S S S S S S SM
11 — — I R S R S S S S S S S AM, SM
12 — — S R S I S S S S S S I AM
13 — — S R S R S S S S S S S AM, SM
14 — — S I S I S S S S S S I —
15 — — S S S I S S S R S S S NA
16 + — I I S R S R S S S S S SM, SXT
17 — — I S S R S S S S S S S SM
18 — — S R S R S S S S S S I AM, SM
19 — — S I S R S S S S S S I SM
20 — — I I S R S S S S S S R SM
Всего 1 0 R 0 7 0 17 0 2 0 2 0 0 3
S 15 2 20 0 20 18 19 18 19 17 8
I 5 11 0 3 0 0 1 0 1 3 9
Здесь: R — резистентный; I — частично-резистентный; S — чувствительный. Обозначения см. в табл. 2.
Таблица 6
Типы лекарственной устойчивости E. coli у людей
Источник — люди Intl Int2 CZ AM PIP SM TOB SXT AN NA GM K N Устойчивость к препарату
1 — — I I S R S S S S S S S SM
2 + — R R S R S R S S S S S CZ, AM, SM, SXT
3 — — I I S R S S S S S S S SM
4 — — R I S R S S I S S S I CZ, SM
5 + — I S S R I R S R I I I SM, SXT, NA
6 — — I I S R I S S S S S I SM
7 — — I I S R S S S S S S S SM
8 — + R R S I I R S S S S S CZ, AM, SXT
9 + — R R S R S R S R S S I CZ, AM, SM, SXT, NA
10 — — I S S R S S S S S S S SM
11 + — R R S R S S S S S S S CZ, AM, SM
12 + — I S S R S R S R I R S SM, SXT, NA, K
13 + — I R S R S R S R S S R AM, SM, SXT, NA, N
14 — — I I S R I R S S S S I SM, SXT
Окончание табл. 6
Источник — люди Int1 Int2 CZ AM PIP SM TOB SXT AN NA GM K N Устойчивость к препарату
15 — — R I S R S S S S S S S CZ, SM
16 + — R R S R S R S R S S S CZ, AM, SM, SXT, NA
17 + — I I S R S R S R S R R SM, SXT, NA, K, N
18 — — R R S R S S S S S S S CZ, AM, SM
19 — — I S S R S S S S S S S SM
20 — — I I S R S S S S S S I SM
Всего 8 1 R 8 7 0 19 0 9 0 6 0 2 2
S 0 4 20 0 16 11 19 14 18 17 12
I 12 9 0 1 4 0 1 0 2 1 6
Здесь: R — резистентный; I — частично-резистентный; S — чувствительный. Обозначения см. в табл. 2.
Таблица 7
Устойчивость к антибиотикам изолятов E. coli с интегронами и без интегронов, %
Антибиотики; концентрация на диске, мкг Всего резистентных изолятов (n=80), %/абс.число Без интегронов (n=52) С интегронами (n=28) P
R I S R I S Int1 Int2
CZ; 30 28,75/23 17,4 51,9 30,7 50 50 0 S NS
AM; 10 38,75/31 28,2 54 17,8 60,7 25 14,3 NS NS
PIP; 100 1,25/1 1,9 5,7 92,4 0 14,2 85,8 NS NS
SM; 10 72,5/58 75 25 0 67,8 32,2 0 NS SS
TOB; 10 6,25/5 0 32,6 67,4 17,8 39,3 42,9 NS NS
SXT; 23,75/1,25 32,5/26 5,7 3 91,3 82,3 3,5 14,2 SS SS
AN; 30 0/0 0 40,3 59,7 0 32,2 67,9 NS NS
NA; 30 30/24 13,4 1,9 84,7 60,7 3,5 35,8 SS NS
GM; 10 6,25/5 0 30,8 69,2 18,8 29,5 51,7 SS NS
K; 30 10/8 7,6 28,9 63,5 14,2 60,8 25 SS SS
N; 30 13,75/11 9,6 53,8 36,6 22,9 54,5 22,6 NS NS
Здесь: R — резистентный; I — частично-резистентный; S — чувствительный; NS — не достоверно; SS — статистически достоверно. Обозначения см. в табл. 2.
изолятов E. coli, выделенных в провинции Альборз; при этом интегроны класса 1 более распространены, чем интегроны класса 2.
Обсуждение
Устойчивость энтеробактерий к антибиотикам может быть вызвана мутацией или наличием в бактериальной клетке подвижных ДНК-элементов, таких как плазмиды, транспозоны и интегроны [34]. Интегроны обладают способностью захватывать гены устойчивости к антибиотикам с помощью механизма рекомбинации. На сегодня известны пять классов интегронов, классифицированных по типу гена интегразы [35, 36].
Об эпидемиологическом распространении интегро-
нов среди различных микроорганизмов информации пока недостаточно. В нашем исследовании 41,25% штаммов E. coli, выделенных у овец, кур, коров и людей, содержали один или два интегронных гена. Эти результаты попадают в диапазон значений (22-59%), сообщаемых различными авторами [27, 37]. В некоторых из этих изолятов был обнаружен только один класс интегронов, хотя в основном отмечалось несколько. Это наблюдение означает, что интегроны присутствуют в геноме энтеробактерий и могут быть связаны с распространением генетической информации, необходимой для развития устойчивости к антибиотикам.
Результаты нашего исследования показали, что 31,25% изолятов E. coli имеют интегроны класса 1. Это значение выше, чем в сообщении T. Tennstedt
с соавт. [38], которые обнаружили присутствие ин-тегронов класса 1 в 12,4% резистентных плазмид, полученных из образцов сточных вод. Вместе с тем этот показатель (12,4%) ниже, чем в Норвегии [39], Западной и Центральной Европе [27], Нидерландах [40], Франции [26], Корее [41] и Китае [42].
Спектры резистентности к антибиотикам, обнаруженные в нашем исследовании, показали, что у домашних животных высеваются бактерии, устойчивые к стрептомицину, что можно объяснить использованием стрептомицина и спектиномицина в животноводстве [43-47]. Не исключено, что кишечные палочки, устойчивые к стрептомицину, могут попадать к человеку алиментарным путем, связанным с употреблением контаминированных продуктов [48-50]. Кроме того, интегроны кишечной палочки животных могут передаваться E. ooli человека в процессе прохождения через кишечник.
Те спектры резистентности к антибиотикам, которые мы наблюдали в изолятах E. coli животных и человека в настоящем исследовании, соответствуют выводам другого исследования, проведенного в Ирландии, показавшего, что множественная лекарственная устойчивость E. ooli из почвы и фекалий крупного рогатого скота связана с интегронами класса 1 [51]. В некоторых работах сообщалось о присутствии интегронов в уропатогенной кишечной палочке [52, 53]. Авторы этих сообщений полагают, что наличие интегронов обусловливает моно- и множественную резистентность к противомикробным препаратам штаммов E. coli. В настоящем исследовании интегроны классов 1 и 2 обнаружены соответственно в 12 и 6 изолятах E. coli с множественной лекарственной резистентностью, полученных от домашней птицы. Эти результаты аналогичны данным из Европы и Канады, в которых сообщалось об устойчивости уропатогенной E. coli к противомикробным препаратам [52].
Заключение
Результаты исследования показали, что интегро-ны широко распространены среди штаммов E. coli, выделенных в провинции Альборз (Иран). Это свидетельствует о необходимости усиления эпиднадзора, тщательного изучения многообразия факторов, действующих в этих условиях, и разработки адекватных стратегий профилактики.
Вклад авторов. RR планировал и проводил мо-лекулярно-генетические исследования. HM выполнял биохимическое исследование. NH участвовал в разработке исследования и проводил статистический анализ. RK собирал образцы и проводил молекуляр-но-генетические исследования. FK предложил идею исследования, координировал его и подготовил проект статьи. Все авторы внесли одинаковый вклад в эту работу. Все авторы прочитали и утвердили окончательный вариант статьи.
Финансирование исследования. Работа была поддержана грантом Karaj Branch. Islamic Azad University данного Hamed Moradi для получения степени магистра наук.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература/References
1. Rahimi E., Khamesipour F., Yazdi F., Momtaz H. Isolation and characterization of enterohaemorragic Escherichia coli O157:H7 and EHEC O157:NM from raw bovine, camel, water buffalo, caprine and ovine milk in Iran. Kafkas Univ Vet Fak Derg 2012; 18(4): 559-564, https://doi. org/10.9775/kvfd.2011.5738.
2. Raissy M., Khamesipour F., Rahimi E., Khodadoostan A. Occurrence of Vibrio spp., Aeromonas hydrophila, Escherichia coli and Campylobacter spp. in crayfish (Astacus leptodactylus) from Iran. IJFS 2014; 13(4): 944-954.
3. Hemmatinezhad B., Khamesipour F., Mohammadi M., Safarpoor Dehkordi F., Mashak Z. Microbiological investigation of O-serogroups, virulence factors and antimicrobial resistance properties of Shiga toxin-producing Escherichia coli isolated from ostrich, turkey and quail meats. Journal of Food Safety 2015; 35(4): 491-500, https://doi.org/10.1111/jfs.12199.
4. Ranjbar R., Hosseini S., Zahraei-Salehi T., Kheiri R., Khamesipour F. Investigation on prevalence of Escherichia coli strains carrying virulence genes ipaH, estA, eaeA and bfpA isolated from different water sources. Asian Pac J Trop Dis 2016; 6(4): 278-283, https://doi.org/10.1016/s2222-1808(15)61031-3.
5. Tajbakhsh E., Ahmadi P., Abedpour-Dehkordi E., Arbab-Soleimani N., Khamesipour F. Biofilm formation, antimicrobial susceptibility, serogroups and virulence genes of uropathogenic E. coli isolated from clinical samples in Iran. Antimicrob Resist Infect Control 2016; 5(1): 11, https://doi. org/10.1186/s13756-016-0109-4.
6. Ranjbar R., Pezeshknejad P., Khamesipour F., Amini K., Kheiri R. Genomic fingerprints of Escherichia coli strains isolated from surface water in Alborz province, Iran. BMC Research Notes 2017; 10(1): 295, https://doi.org/10.1186/ s13104-017-2575-z.
7. Ranjbar R., Haghi-Ashtiani M.T., Jafari N.J., Abedini M. The prevalence and antimicrobial susceptibility of bacterial uropathogens isolated from pediatric patients. Iranian Journal of Public Health 2009; 38(2): 134-138.
8. Afkhami Ardakani M., Ranjbar R. Molecular typing of uropathogenic E. coli strains by the ERIC-PCR method. Electron Physician 2016; 8(4): 2291-2295, https://doi. org/10.19082/2291.
9. Nagachinta S., Chen J. Integron-mediated antibiotic resistance in Shiga toxin-producing Escherichia coli. J Food Prot 2009; 72(1): 21-27, https://doi.org/10.4315/0362-028x-72.1.21.
10. Ranjbar R., Giammanco G.M., Farshad S., Owlia P., Aleo A., Mammina C. Serotypes, antibiotic resistance, and class 1 integrons in Salmonella isolates from pediatric cases of enteritis in Tehran, Iran. Foodborne Pathog Dis 2011; 8(4): 547-553, https://doi.org/10.1089/fpd.2010.0736.
11. Farshad S., Ranjbar R., Japoni A., Hosseini M., Anvarinejad M., Mohammadzadegan R. Microbial susceptibility, virulence factors, and plasmid profiles of uropathogenic
Escherichia coli strains isolated from children in Jahrom, Iran. Arch Iran Med 2012; 15(5): 312-316.
12. Talebiyan R., Kheradmand M., Khamesipour F., Rabiee-Faradonbeh M. Multiple antimicrobial resistance of Escherichia coli isolated from chickens in Iran. Vet Med Int 2014; 2014: 491418, https://doi.org/10.1155/2014/491418.
13. Cambray G., Guerout A.-M., Mazel D. Integrons. Annu Rev Genet 2010; 44(1): 141-166, https://doi.org/10.1146/ annurev-genet-102209-163504.
14. Tajbakhsh E., Khamesipour F., Ranjbar R., Ugwu I.C. Prevalence of class 1 and 2 integrons in multi-drug resistant Escherichia coli isolated from aquaculture water in Chaharmahal Va Bakhtiari province, Iran. Ann Clin Microbiol Antimicrob 2015; 14(1): 37, https://doi.org/10.1186/s12941-015-0096-y.
15. Kheiri R., Ranjbar R., Khamesipour F., Akhtari L. Role of antibiotic in drug resistance and integrons prevalence in Escherichia coli isolated from human and animal specimens. Kafkas Univ Vet Fak Derg 2016; 22(6): 953-959, https://doi. org/10.9775/kvfd.2016.15684.
16. Bennett PM. Integrons and gene cassettes: a genetic construction kit for bacteria. J Antimicrob Chemother 1999; 43(1): 1-4, https://doi.org/10.1093/jac/43.1.1.
17. Hall R.M., Collis C.M. Mobile gene cassettes and integrons: capture and spread of genes by site-specific recombination. Mol Microbiol 2006; 15(4): 593-600, https://doi. org/10.1111/j.1365-2958.1995.tb02368.x.
18. Collis C.M., Hall R.M. Expression of antibiotic resistance genes in the integrated cassettes of integrons. Antimicrob Agents Chemother 1995; 39(1): 155-162, https:// doi.org/10.1128/aac.39.1.155.
19. Recchia G.D., Hall R.M. Gene cassettes: a new class of mobile element. Microbiology 1995; 141(12): 3015-3027, https://doi.org/10.1099/13500872-141-12-3015.
20. Paulsen I.T., Littlejohn T.G., Radstrom P., Sundstrom L., Skold O., Swedberg G., Skurray R.A. The 3' conserved segment of integrons contains a gene associated with multidrug resistance to antiseptics and disinfectants. Antimicrob Agents Chemother 1993; 37(4): 761-768.
21. Van den Bogaard A. Epidemiology of resistance to antibiotics. Links between animals and humans. Int J Antimicrob Agents 2000; 14(4): 327-335, https://doi. org/10.1016/s0924-8579(00)00145-x.
22. Normark B.H., Normark S. Evolution and spread of antibiotic resistance. J Intern Med 2002; 252(2): 91-106.
23. Momtaz H., Karimian A., Madani M., Safarpoor Dehkordi F., Ranjbar R., Sarshar M., Souod N. Uropathogenic Escherichia coli in Iran: serogroup distributions, virulence factors and antimicrobial resistance properties. Ann Clin Microbiol Antimicrob 2013; 12: 1-12.
24. Torkan S., Bahadoranian M., Khamesipour F., Anyanwu M. Detection of virulence and antimicrobial resistance genes in Escherichia coli isolates from diarrhoiec dogs in Iran. Archivos de medicina veterinaria 2016; 48(2): 181-190, https://doi.org/10.4067/s0301-732x2016000200008.
25. Gonzalez G., Sossa K., Bello H., Dominguez M., Mella S., Zemelman R. Presence of integrons in isolates of different biotypes of Acinetobacter baumannii from Chilean hospitals. FEMS Microbiol Lett 1998; 161(1): 125-128, https:// doi.org/10.1111/j.1574-6968.1998.tb12937.x.
26. Hamada K., Oshima K., Tsuji H. Drug resistance genes encoded in integrons and in extra-integrons: their distribution and lateral transfer among pathogenic enterobacteriaceae
including enterohemorrhagic Escherichia coli and Salmonella enterica serovars typhimurium and infantis. Jpn J Infect Dis 2003; 56(3): 123-126.
27. Martinez-Freijo P., Fluit A.C., Schmitz F.J., Grek V.S., Verhoef J., Jones M.E. Class I integrons in gram-negative isolates from different European hospitals and association with decreased susceptibility to multiple antibiotic compounds. J Antimicrob Chemother 1998; 42(6): 689-696, https://doi. org/10.1093/jac/42.6.689.
28. Martinez-Freijo P., Fluit A.C., Schmitz F.-J., Verhoef J., Jones M.E. Many class I integrons comprise distinct stable structures occurring in different species of Enterobacteriaceae isolated from widespread geographic regions in Europe. Antimicrob Agents Chemother 1999; 43(3): 686-689, https:// doi.org/10.1128/aac.43.3.686.
29. Obeng A.S., Rickard H., Ndi O., Sexton M., Barton M. Antibiotic resistance, phylogenetic grouping and virulence potential of Escherichia coli isolated from the faeces of intensively farmed and free range poultry. Vet Microbiol 2012; 154(3-4): 305-315, https://doi.org/10.1016/j.vetmic. 2011.07.010.
30. Bukh A.S., Sch0nheyder H.C., Emmersen J.M.G., S0gaard M., Bastholm S., Roslev P. Escherichia coli phylogenetic groups are associated with site of infection and level of antibiotic resistance in community-acquired bacteraemia: a 10 year population-based study in Denmark. J Antimicrob Chemother 2009; 64(1): 163-168, https://doi. org/10.1093/jac/dkp156.
31. Blanco J., Mora A., Mamani R., López C., Blanco M., Dahbi G., Herrera A., Blanco J.E., Alonso M.P., García-Garrote F., Chaves F., Orellana M.Á., Martínez-Martínez L., Calvo J., Prats G., Larrosa M.N., González-López J.J., López-Cerero L., Rodríguez-Baño J., Pascual A. National survey of Escherichia coli causing extraintestinal infections reveals the spread of drug-resistant clonal groups O25b:H4-B2-ST131, O15:H1-D-ST393 and CGA-D-ST69 with high virulence gene content in Spain. J Antimicrob Chemother 2011; 66(9): 20112021, https://doi.org/10.1093/jac/dkr235.
32. Bashir S., Sarwar Y., Ali A., Mohsin M., Saeed M.A., Tariq A., Haque A. Multiple drug resistance patterns in various phylogenetic groups of uropathogenic E. coli isolated from Faisalabad region of Pakistan. Braz J Microbiol 2011; 42(4): 1278-1283, https://doi.org/10.1590/s1517-83822011000400005.
33. Clermont O., Bonacorsi S., Bingen E. Rapid and simple determination of the Escherichia coli phylogenetic group. Appl Environ Microbiol 2000; 66(10): 4555-4558, https://doi. org/10.1128/aem.66.10.4555-4558.2000.
34. Zhao S., White D.G., Ge B., Ayers S., Friedman S., English L., Wagner D., Gaines S., Meng J. Identification and characterization of integron-mediated antibiotic resistance among Shiga toxin-producing Escherichia coli isolates. Appl Environ Microbiol 2001; 67(4): 1558-1564, https://doi. org/10.1128/aem.67.4.1558-1564.2001.
35. Collis C.M., Kim M.-J., Partridge S.R., Stokes H.W., Hall R.M. Characterization of the class 3 integron and the site-specific recombination system it determines. J Bacteriol 2002; 184(11): 3017-3026, https://doi.org/10.1128/jb.184.11.3017-3026.2002.
36. Sallen B., Rajoharison A., Desvarenne S., Mabilat C. Molecular epidemiology of integron-associated antibiotic resistance genes in clinical isolates of Enterobacteriaceae. Microb Drug Resist 1995; 1(3): 195-202, https://doi. org/10.1089/mdr. 1995.1.195.
37. Fluit A.C., Schmitz F.J. Class 1 integrons, gene cassettes, mobility, and epidemiology. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 1999; 18(11): 761-770, https://doi.org/10.1007/ s100960050398.
38. Tennstedt T., Szczepanowski R., Braun S., Pühler A., Schlüter A. Occurrence of integron-associated resistance gene cassettes located on antibiotic resistance plasmids isolated from a wastewater treatment plant. FEMS Microbiol Ecol 2003; 45(3): 239-252, https://doi.org/10.1016/s0168-6496(03)00164-8.
39. Heir E., Lindstedt B.A., Leegaard T.M., Gjernes E., Kapperud G. Prevalence and characterization of integrons in blood culture Enterobacteriaceae and gastrointestinal Escherichia coli in Norway and reporting of a novel class 1 integron-located lincosamide resistance gene. Ann Clin Microbiol Antimicrob 2004; 3: 12.
40. Jones M.E., Peters E., Weersink A.-M., Fluit A., Verhoef J. Widespread occurrence of integrons causing multiple antibiotic resistance in bacteria. Lancet 1997; 349(9067): 1742-1743, https://doi.org/10.1016/s0140-6736(05)62954-6.
41. Yu H.S., Lee J.C., Kang H.Y., Ro D.W., Chung J.Y., Jeong Y.S., Tae S.H., Choi C.H., Lee E.Y., Seol S.Y., Lee Y.C., Cho D.T. Changes in gene cassettes of class 1 integrons among Escherichia coli isolates from urine specimens collected in Korea during the last two decades. J Clin Microbiol 2003; 41(12): 5429-5433, https://doi.org/10.1128/jcm.41.12.5429-5433.2003.
42. Su J., Shi L., Yang L., Xiao Z., Li X., Yamasaki S. Analysis of integrons in clinical isolates of Escherichia coli in China during the last six years. FEMS Microbiol Lett 2006; 254(1): 75-80, https://doi.org/10.11117j.1574-6968.2005.00025.x.
43. Ridley A., Threlfall E.J. Molecular epidemiology of antibiotic resistance genes in multiresistant epidemic Salmonella typhimurium DT 104. Microb Drug Resist 1998; 4(2): 113-11
44. McDonald L.C., Chen M.T., Lauderdale T.L., Ho M. The use of antibiotics critical to human medicine in food-producing animals in Taiwan. J Microbiol Immunol Infect 2001; 34(2): 97-102.
45. Lindstedt B.-A. Characterization of class I integrons in clinical strains of Salmonella enterica subsp. enterica serovars Typhimurium and Enteritidis from Norwegian hospitals. J Med
Microbiol 2003; 52(2): 141-149, https://doi.org/10.1099/jmm. 0.04958-0.
46. Du X., Shen Z., Wu B., Xia S., Shen J. Characterization of class 1 integrons-mediated antibiotic resistance among calf pathogenic Escherichia coli. FEMS Microbiol Lett 2005; 245(2): 295-298, https://doi.org/10.1016/j.femsle.2005.03.021.
47. Kang H.Y., Jeong Y.S., Oh J.Y., Tae S.H., Choi C.H., Moon D.C., Lee W.K., Lee Y.C., Seol S.Y., Cho D.T., Lee J.C. Characterization of antimicrobial resistance and class 1 integrons found in Escherichia coli isolates from humans and animals in Korea. J Antimicrob Chemother 2005; 55(5): 639644, https://doi.org/10.1093/jac/dki076.
48. Wegener H.C., Aarestrup F.M., Jensen L.B., Hammerum A.M., Bager F. Use of antimicrobial growth promoters in food animals and Enterococcus faecium resistance to therapeutic antimicrobial drugs in Europe. Emerg Infect Dis 1999; 5(3): 329-335, https://doi.org/10.3201/eid0503.990303.
49. Sanchez S., McCrackin Stevenson M.A., Hudson C.R., Maier M., Buffington T., Dam Q., Maurer J.J. Characterization of multidrug-resistant Escherichia coli isolates associated with nosocomial infections in dogs. J Clin Microbiol 2002; 40(10): 3586-3595, https://doi.org/10.1128/jcm.40.10.3586-3595.2002.
50. Guerra B. Phenotypic and genotypic characterization of antimicrobial resistance in German Escherichia coli isolates from cattle, swine and poultry. J Antimicrob Chemother 2003; 52(3): 489-492, https://doi.org/10.1093/jac/dkg362.
51. Scott L., McGee P., Walsh C., Fanning S., Sweeney T., Blanco J., Karczmarczyk M., Earley B., Leonard N., Sheridan J.J. Detection of numerous verotoxigenic E. coli serotypes, with multiple antibiotic resistance from cattle faeces and soil. Vet Microbiol 2009; 134(3-4): 288-293, https://doi. org/10.1016/j.vetmic.2008.08.008.
52. Blahna M.T., Zalewski C.A., Reuer J., Kahlmeter G., Foxman B., Marrs C.F. The role of horizontal gene transfer in the spread of trimethoprim-sulfamethoxazole resistance among uropathogenic Escherichia coli in Europe and Canada. J Antimicrob Chemother 2006; 57(4): 666-672, https://doi. org/10.1093/jac/dkl020.
53. Rao A.N., Barlow M., Clark L.A., Boring J.R. 3rd, Tenover F.C., McGowan J.E. Jr. Class 1 integrons in resistant Escherichia coli and Klebsiella spp., US hospitals. Emerg Infect Dis 2006; 12(6): 1011-1014.
