Wissenschaft | Science

English

A total of 131 porcine E. coli were isolated in 2014 and 2015 from the gut of 115 pigs raised in Switzerland and suffering from diarrhea. The isolates were tested for antibiotic resistance, serotypes, virulence factors and genetic diversity. Serotypes were assigned by agglutination tests and virulence genes were identified by polymerase chain reaction (PCR). Antibiotic resistance profile was determined by the measurement of the MIC of 14 antibiotics and by the detection of the corresponding genes using microarray and PCR approaches. Genetic diversity was determined by repetitive palindromic PCR (rep- PCR) revealing a heterogenous population. Half of the E. coli isolates possessing virulence factors could not be assigned to any of the 19 serotypes tested, but contained toxins and adhesins similarly to the sero-typable E. coli isolates. The most prevalent E. coli serotypes found were K88ac (18%), O139:K82 (6%), O141:K85ac (5%), O108:K`V189` (5%), O119:K`V113` (3%) and O157:K`V17` (2%). The combination of toxins EAST-1, STb and LT-I and adhesin F4 characterizing ETEC was the most frequent. The shigatoxin Stx2e (STEC) and intimin Eae (EPEC) were also detected, but less frequently. Seventy percent of the isolates were resistant to at least one antibiotic and 29% were resistant to more than 3 antibiotics. Isolates exhibited resistance to tetracycline (50%) associated to resistance genes tet(A), tet(B) and tet(C), sulfamethoxazole (49%) [sul1, sul2 and sul3], trimethoprim (34%) [dfr], nalidixic acid (29%), ampicillin (26%) [blaTEM-1], gentamicin (17%) [aac(3) -IIc, aac(3) -IVa and aac(3) -VIa], chloramphenicol (17%) [catAI and catAIII], and ciprofloxacin (8%) [mutations in GyrA (S83L) and ParC (S80I)]. All isolates were susceptible to 3rd generation cephalosporins, carbapenems, colistin and tigecycline. Pathogenic E. coli isolates from pigs in Switzerland could frequently not be assigned to a known serotype even if they contained diarrhea-causing virulence factors. They also harbor resistance mechanisms conferring resistance to antibiotics which are commonly used in pig husbandry, except for colistin. A careful identification of the causative agent and antibiotic susceptibility testing is highly recommended for targeted therapy and prudent use of antibiotics.

Keywords: E.coli, pigs, antibiotic resistance, virulence factors, genotyping

Deutsch

Im Rahmen dieser Studie wurden in den Jahren 2014 und 2015 total 131 E. coli Stämme aus Därmen von 115 Schweizer Schweinen isoliert, welche an Durchfall litten. Die Isolate wurden auf Antibiotikaresistenzen getestet, zudem wurden die Serotypen, die Virulenzfaktoren und die genetische Diversität bestimmt. Die Zuordnung der E.coli-Isolate zu den verschiedenen Serogruppen fand mit Hilfe der Serumagglutination statt und die Virulenzfaktoren wurden mit einer Polymerase- Ketten-Reaktion (PCR) bestimmt. Mit der Messung der Minimalen Hemmkonzentration von 14 Antibiotika konnten die Antibiotikaresistenzprofile bestimmt werden. Die dazugehörenden Gene wurden mittels Microarray und PCR identifiziert. Die genetische Diversität wurde mittels repetitiver palindromischer PCR (rep PCR) bestimmt. Die Hälfte der E.coli-Isolate, welche Virulenzfaktoren besitzen, konnten keinem der 19 getesten Serotypen zugeordnet werden, obwohl sie dieselben Toxine und Adhäsine besassen wie die serotypisierbaren Stämme. Die am häufigsten gefunden Serotypen waren K88ac (18%), O139:K82 (6%), O141:K85ac (5%), O108:K`V189` (5%), O119:K`V113` (3%) und O157:K`V17` (2%). Die Kombination der Toxine EAST-1, STb and LT-I und dem Adhäsin F4, welche charakteristisch sind für enterotoxische E. coli (ETEC), wurde am häufigsten gefunden. Das Shigatoxin Stx2e (STEC) und Intimin Eae (EPEC) hingegen waren eher seltener zu finden. Die Resultate der rep PCR zeigten eine heterogene Population. Siebzig Prozent der Isolate zeigten eine Resistenz gegenüber mindestens einem Antibiotikum und 29% waren resistent gegenüber mehr als 3 Antibiotika. Die Isolate wiesen Resistenzen gegenüber Tetracyclin (50%) assoziiert mit den Resistenzgenen tet(A), tet(B) und tet(C), Sulfamethoxazol (49%) [sul1, sul2 und sul3], Trimethoprim (34%) [dfr], Nalidixinsäure (29%), Ampicillin (26%) [blaTEM-1], Gentamicin (17%) [aac(3) -IIc, aac(3) -IVa and aac(3) -VIa], chloramphenicol (17%) [catAI and catAIII] und Ciprofloxacin (8%) [Mutationen in GyrA (S83L) und ParC (S80I)] auf. Alle Isolate waren empfindlich gegenüber 3. Generation Cephalosporinen, Carbapenemen, Colistin und Tigecyclin. Pathogene E.coli von Schweinen aus der Schweiz konnten den bekannten Serogruppen oftmals nicht zugeordnet werden, obwohl sie Durchfall verursachende Virulenzfaktoren besassen. Zudem wurden verschiedene Resistenzmechanismen gegen Antibiotika, welche routinemässig in der Schweinehaltung eingesetzt werden, entdeckt. Folglich ist eine konsequente und sorgfältige Identifikation der krankheitsverursachenen Erreger und die Antibiotikaempfindlichkeitstestung vor einer Therapie von grosser Bedeutung.

Schlüsselwörter: E.coli, Schweine, Antibiotikaresistenz, Virulenzfaktoren, Genotypisierung

Français

Dans la cadre de cette étude, on a isolé, durant les années 2014 et 2015, 131 souches d’E.coli provenant des intestins de porcs suisses souffrant de diarrhée. Ces souches ont été testées quant à leurs résistances aux antibiotiques; en outre on a déterminé leurs sérotypes, leurs facteurs de virulence et leur diversité génétique. L’attribution des isolats d’E.coli aux divers sérogroupes a été réalisée au moyen d’une séro-agglutination et les facteurs de virulence ont été déterminés par PCR. Les profils de résistance aux antibiotiques ont été déterminés par la mesure des concentrations inhibitrices minimales de 14 antibiotiques. Les gènes qui y étaient associés ont été identifiés par puces à ADN et PCR. La diversité génétique a été déterminée au moyen de PCR répétitives palindromiques (rep PCR). La moitié des isolats d’E.coli qui possédaient des facteurs de virulence n’ont pas pu être classés dans un des 19 sérotypes testés, bien qu’ils aient possédé les mêmes toxines et adhésines que les isolats qu’il a été possible de typiser. Les sérotypes les plus fréquemment trouvés étaient (18%), O139:K82 (6%), O141:K85ac (5%), O108:K`V189` (5%), O119:K`V113` (3%) et O157:K`V17` (2%). La combinaison des toxines EAST-1, STb et LT-I et de l‘adhésine F4, qui est caractéristique pour les E.coli entérotoxiques (ETEC), a été le plus fréquemment trouvée. La shigatoxine Stx2e (STEC) et l‘Intimin Eae (EPEC) étaient par contre plutôt rares. Les résultats des rep PCR montraient une population hétérogène. 70% des isolats présentaient une résistance face à au moins un antibiotique et 29% étaient résistants à plus de 3 antibiotiques. Les isolats montraient des résistances vis-à-vis de la tétracycline (50%) associée avec les gènes de résistance tet(A), tet(B) et tet(C), du sulfaméthoxazole (49%) [sul1, sul2 et sul3], du trimethoprime (34%) [dfr], de l’acide nalidixique (29%), de l’ampicilline (26%) [blaTEM-1], de la gentamicine (17%) [aac(3) -IIc, aac(3) -IVa et aac(3) -VIa], du chloramphenicol (17%) [catAI and catAIII] et de la ciprofloxacine (8%) [mutations dans GyrA (S83L) et ParC (S80I)]. Tous les isolats étaient sensibles aux céphalosporines de troisième génération, au carbapénèmes, à la colistine et à la tigecycline. Les E.coli pathogènes des porcs en Suisse n’ont souvent pas pu être attribués aux sérogroupes connus, bien qu’ils possèdent les facteurs de virulence causant la diarrhée. En outre on a découvert divers mécanismes de résistance contre des antibiotiques qui sont régulièrement utilisés dans la production porcine. En conséquence, une identification rigoureuse et soignée des germes responsables de maladie et un testage de la sensibilité avant traitement est de première importance.

Italiano

In questo studio tra gli anni 2014 e 2015, sono stati isolati un totale di 131 ceppi di E. coli dal budello di 115 suini svizzeri che soffrivano di diarrea. Gli isolati sono stati testati alla resistenza antibiotica e quindi si è determinato il sierotipo, i fattori di virulenza e la diversità genetica. L’assegnazione degli isolati di E. coli tra i diversi gruppi sierologici ha avuto luogo con l’aiuto di agglutinazione sierica e i fattori di virulenza sono stati determinati utilizzando una reazione a catena della polimerasi (PCR). Misurando la minima concentrazione inibente di 14 antibiotici, è stato possibile determinare i profili di resistenza agli stessi. I geni corrispondenti sono stati identificati mediante microarray e PCR. La diversità genetica è stata determinata da ripetitivo palindromico PCR (rep PCR). Per la metà degli isolati di E. coli che possedevano dei fattori di virulenza, non si è potuto assegnare uno qualsiasi dei 19 sierotipi testati, anche se le stesse tossine e adesine possedevano gli stessi ceppi sierotipizzati. I sierotipi più comunemente rilevati erano: K88ac (18%), O139: K82 (6%), O141: K85ac (5%), O108: K`V189` (5%), O119: K`V113` (3%) e O157: K`V17` (2%). La combinazione di tossine EST-1, B ST e LT-I e l’adesina F4, caratteristiche dell’enterotossigena E. coli (ETEC), si sono rilevate più di frequente. La tossina Shiga Stx2e (STEC) e l’intimina Eae (EPEC), tuttavia, erano più rare. I risultati della rep PCR hanno mostrato una popolazione eterogenea. Settanta per cento degli isolati erano resistenti ad almeno un antibiotico, e il 29% erano resistenti a più di tre antibiotici. Gli isolati erano resistenti alla tetraciclina (50%) associata con i geni di resistenza tet(A), tet(B) e tet(C), sulfametossazolo (49%) [sul1, sul2 e sul3], trimetoprim (34%) [dfr], acido nalidixico (29%), ampicillina (26%) [blaTEM-1], gentamicina (17%) [aac(3)-IIc, aac(3) -IVa e aac(3) -IVa] cloramfenicolo (17%) [catAI e catAIII] ciprofloxacina (8%) [mutazioni in GyrA (S83L) e ParC (S80I)]. Tutti gli isolati erano sensibili alla 3a generazione di cefalosporine, carbapenemici, colistina e tigeciclina. I patogeni E. coli dei suini provenienti dalla Svizzera, spesso non potevano essere suddivisi nei sierogruppi conosciuti anche se possedevano i fattori di virulenza che causavano la diarrea. Inoltre, sono stati identificati vari meccanismi di resistenza agli antibiotici, che vengono abitualmente amministrati ai suini. Concludendo possiamo affermare che un’identificazione coerente e accurata del patogeno che provoca la malattia e i test di sensibilità agli antibiotici prima del trattamento sono di grande importanza.