Molecular characterization of Escherichia coli for the investigation of itsdistribution from Phayao Ram hospital, Phayao Province, Thailand

Abstract

Escherichia coli is a normal flora that lives in the intestines of humans and most animals. Most strains do not harm humans, but some strains cause infection. such as urinary tract infection (Urinary tract infection; UTI). The study aimed to characterize different strains, antibiotic resistance, some virulent profiles, and their distribution pattern of 76 clinical isolated of Escherichia coli derived from Phayao Hospital from October 2017 to January 2018. Clemont method, ST131 multiplex analysis and multiple-locus variable number tandem repeat analysis (MLVA) was performed to rapid type the isolated E. coli. Virulent gene multiplex assay was performed to characterize those causing either Urinary tract infection (UTI) or pathogenic E. coli (APEC) in chickens. Results showed that most E. coli infection was from urine samples of female patients over 40 years of age. They were identified as group B2 (38%) of the clement system with approximately 36.8% resistant to at least one drug and 77.68% to four or more types of drugs. From 76 samples, 30 samples classified as clade 1, were classified as E. coli strain ST131 and resistant to both ESBL along with three types of quinolones. Different strains were characterized using the MLVA technique with an interesting prevalence of 4 groups (strains). Both group one and two (clade X and y) were identified as group B2 and causing UTI while clade X was additionally assigned to pathogenic E. coli (APEC) causing infections in chickens. Groups 3 and 4 were E. coli strain ST131 belonging to subtype C (clade131_A), which is divided into subtypes C1M27, C1nM27 and C2 and subtype A (clade131_A). Often, E. coli strain ST131 harbored both CTXm1 or CTXm9 genes as the cause of ESBL drug resistance and mutated gyrA83 and gyrA87 which cause resistance to quinolone drugs. However, often found with no mutation at the gyrA83 position, E. coli strain ST131 subtype A was resistant to only ciprofloxacin.

Escherichia coli จัดเป็นเชื้อแบคทีเรียประจำถิ่น อาศัยอยู่ในลำไส้ของมนุษย์และสัตว์ส่วนใหญ่เป็นเชื้อที่ไม่ก่อให้เกิดโรค แต่บางสายพันธุ์ก่อให้เกิดโรค เช่น โรคอุจจาระร่วงเฉียบพลัน หรือ การติดเชื้อที่ระบบทางเดินปัสสาวะ (Urinary tract infection; UTI) จากการศึกษารูปแบบกระจายของเชื้อ Escherichia coli จากผู้ป่วยใน (Clinical samples) ของโรงพยาบาลพะเยาจำนวน 76 ตัวอย่าง ตั้งแต่เดือนตุลาคม ค.ศ.2017 ถึงเดือนมกราคม ค.ศ.2018 โดยใช้เทคนิค multiple-locus variable number tandem repeat analysis (MLVA) พร้อมทั้งการตรวจสอบปัจจัย Virulence gene ที่สัมพันธ์กับการเกิดกลุ่มเชื้อที่ก่อให้เกิดโรค Urinary tract infection (UTI) และ การติดเชื้อในไก่ Pathogenic E. coli (APEC) ผลการศึกษาพบว่าการติดเชื้อ E. coli พบได้จากตัวอย่างปัสสาวะของผู้ป่วยผู้หญิงอายุมากกว่า 40 ปี 38% จัดอยู่ในกลุ่ม B2 ของระบบ Clermont ประมาณ 36.8% มีการดื้อยาตั้งแต่สี่ชนิดขึ้นไป 77.68% การแบ่งความรุนแรงของการดื้อยาแบบ ESBL พร้อมกับยากลุ่ม Quinoline จำนวน 76 ตัวอย่าง พบเชื้อดื้อยาทั้งสองกลุ่ม จำนวน 30 ตัวอย่างถูกจัดอยู่ใน clade 1 ซึ่งมีความสัมพันธ์กับเชื้อ E. coli สายพันธุ์ ST131 การศึกษารูปแบบการกระจายของ เชื้อ E. coli โดยใช้เทคนิค MLVA พบการกระจายสูงของเชื้อ E. coli จำนวน 4 กลุ่ม กลุ่มที่หนึ่ง (clade X) จัดอยู่ในกลุ่ม B2 สัมพันธ์กับการติดเชื้อที่ระบบทางเดินปัสสาวะ (UTI) และกลุ่มที่สอง (clade Y) จัดอยู่ในกลุ่ม B2 และสัมพันธ์กับ UTI และ การติดเชื้อในไก่ Pathogenic E. coli (APEC) กลุ่มที่ 3 และ 4 คือเชื้อ E. coli สายพันธุ์ ST131 อยู่ใน subtype C (clade131_A) ซึ่งแบ่งเป็น subtype C1M27, C1nM27 และ C2 และ subtype A (clade131_A) E. coli สายพันธุ์ ST131 มักพบยีน CTXm1 หรือ CTXm9 เป็นสาเหตุของการดื้อยาแบบ ESBL และพบการเกิดมิวเทชั่นที่ตำแหน่ง gyrA83 และ gyrA87 ส่งผลทำให้เกิดการดื้อยากลุ่ม Quinolone และพบว่า clade131_B ดื้อยากลุ่ม Quinolone น้อยกว่า clade131_A เนื่องจากว่าในบาง isolate ไม่พบการเกิดมิวเทชั่นที่ตำแหน่ง gyrA83 ทำให้เกิดการดื้อยา ciprofloxacin เพียงชนิดเดียว และข้อมูลการกระจายของเชื้อ E. coli ทั้ง 4 กลุ่ม ในปี ค.ศ.2016 ถึงปี ค.ศ.2018 พบว่า clade 131_A มีการระบาดทั้งปี โดยในช่วงปี ค.ศ.2016 (n=4) และลดลงในปี ค.ศ.2017 (n=3) และใน clade131_B มีการกระจายในบางช่วงของปี เดือนมกราคม ธันวาคม และกรกฎคม (n=6) นอกจากนี้ยังพบการกระจายของที่ clade X (n=9) มีระบาดในช่วงต้นปีของทุกปีตั้งแต่เดือนมกราคม ค.ศ.2015 ถึงเดือนมกราคม ค.ศ.2018 ส่วน clade Y (n=4) มีการระบาดในช่วงเดือนตุลาคม ค.ศ.2017 ถึงเดือนมกราคม ค.ศ.2018 สรุปงานวิจัยนี้สามารถใช้เทคนิคทางอณูชีววิทยาคือ Clermont ST131 typing และ MLVA เพื่อนำมาใช้วิเคราะห์ถึงกลุ่มสายพันธุ์ที่ต่างกัน รวมถึงการระบาดของกลุ่มสายพันธุ์ ที่ต่างกันเชื้อ E. coli ที่ได้รับจากโรงพยาบาลพะเยาราม ได้อย่างรวดเร็ว