Serotyp- und Multilocus-Sequenztypisierung von Streptococcus suis aus erkrankten Schweinen in Taiwan

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 8263 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Eine Infektion mit Streptococcus suis (S. suis) kann bei Schweinen klinisch schwere Meningitis, Arthritis, Lungenentzündung und Septikämie verursachen. Bisher gibt es nur wenige Studien zu den Serotypen, Genotypen und der antimikrobiellen Empfindlichkeit von S. suis bei betroffenen Schweinen in Taiwan. In dieser Studie haben wir 388 S. suis-Isolate von 355 erkrankten Schweinen in Taiwan umfassend charakterisiert. Die am weitesten verbreiteten Serotypen von S. suis waren die Serotypen 3, 7 und 8. Die Multilocus-Sequenztypisierung (MLST) ergab 22 neue Sequenztypen (STs), darunter ST1831-1852 und einen neuen klonalen Komplex (CC), CC1832. Die identifizierten Genotypen gehörten hauptsächlich zu ST27, ST94 und ST1831, wobei CC27 und CC1832 die Hauptcluster waren. Diese klinischen Isolate waren sehr empfindlich gegenüber Ceftiofur, Cefazolin, Trimethoprim/Sulfamethoxazol und Gentamicin. Die Bakterien wurden häufig aus der Liquor cerebrospinalis und der Synovialflüssigkeit von Saugferkeln isoliert, wobei die Mehrheit den Serotypen 1 und ST1 angehörte. Im Gegensatz dazu war es wahrscheinlicher, dass ST28-Stämme, die den Serotypen 2 und 1/2 entsprachen, in der Lunge von Schweinen in der Mastphase vorkamen, was ein höheres Risiko für die Lebensmittelsicherheit und die öffentliche Gesundheit darstellte. Diese Studie lieferte die genetische Charakterisierung, Serotypisierung und die aktuellsten epidemiologischen Merkmale von S. suis in Taiwan, was eine bessere Präventions- und Behandlungsstrategie für S. suis-Infektionen bei Schweinen verschiedener Produktionsstadien ermöglichen sollte.

Streptococcus suis (S. suis), ein grampositiver Kokkus mit Kapsel, ist einer der wichtigsten Krankheitserreger in der Schweineindustrie. Als opportunistischer Erreger besiedelt S. suis die oberen Atemwege (Mandeln und Nasenhöhle) der Schweine. Die infizierten Schweine zeigen häufig Meningitis, Arthritis, Lungenentzündung und Septikämie und können mit einem akuten Tod einhergehen1. Als Grundlage für die Klassifizierung dient das Kapselpolysaccharid-Antigen (CPS) der Bakterien. Mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR)2 wurden 29 Serotypen identifiziert. Insbesondere ist S. suis ein zoonotischer bakterieller Erreger, der Menschen gefährdet, die in engem Kontakt mit infizierten Schweinen oder Schweinefleischprodukten stehen. Unter den identifizierten Serotypen gilt Serotyp 2 als der am weitesten verbreitete und virulenteste Serotyp bei Schweinen und Menschen1.

In derselben Herde können verschiedene Serotypen von S. suis isoliert werden, was darauf hindeutet, dass S. suis-Stämme mit identischen Serotypen möglicherweise keine ähnlichen klinischen Symptome verursachen. Darüber hinaus kann die Bedeutung bestimmter Serotypen geografisch variieren. Herkömmliche Typisierungsmethoden identifizieren nur die Stämme, die einem einzelnen Serotyp angehören oder bestimmte geografische Standorte repräsentieren, was den Vergleich der Ergebnisse zwischen Labors erschwert. Daher sind im Vergleich zum Koagglutinationstest genetische Typisierungsmethoden, mit denen die Bakterienisolate schnell und kostengünstiger gescreent werden können, für die Analyse der Kolonialstruktur und der genetischen Vielfalt von S. suis günstig. Das Wissen ist wichtig für das Verständnis der Epidemiologie von S. suis und für die Identifizierung spezifischer Stämme mit hoher Pathogenität, was letztendlich zur Verhinderung des Fortschreitens der Krankheit beitragen könnte2. Die Multilocus-Sequenztypisierung (MLST) wurde in vielen Studien zur molekularen Epidemiologie bei Bakterien erfolgreich eingesetzt. Es wurde zur Identifizierung der S. suis-Genotypen verwendet, um die Unterschiede zwischen den Sequenztypen (STs) und den ST-Klonkomplexen (CCs) der S. suis-Stämme 3 zu bestätigen.

Unter den identifizierten S. suis-Serotypen ist Serotyp 1 mit neurologischen Symptomen verbunden, die mit zerebralen Mikroläsionen einhergehen, während die Serotypen 2–8 dazu neigen, Lungenläsionen zu verursachen4. Im Vergleich zu den S. suis-Stämmen, die nur Lungenentzündungen verursachen, weisen die Stämme, die Meningitis, Septikämie und Arthritis verursachen, häufiger typische klinische Symptome auf, die auf die Pathogenese verschiedener Serotypen zurückzuführen sein können5. Verschiedene Stämme weisen auch erhebliche Unterschiede in der Arzneimittelresistenz auf. Die aus klinischen Fällen von Schweinen isolierten S. suis-Stämme sind weniger resistent gegen Ampicillin, Ceftiofur, Enrofloxacin, Florfenicol, Penicillin und Sulfamethoxazol-Trimethoprim, wohingegen ein hoher Anteil der Stämme gegen Tetracyclin resistent ist6. Allerdings sind die aus den Mandeln gesunder Tiere oder aus der Umgebung der Metzgereien isolierten Stämme in der Regel multiresistent7,8. In dieser Studie konzentrieren wir uns auf die Epidemiologie und Laborbefunde klinischer Isolate von S. suis bei erkrankten Schweinen in Taiwan und untersuchen den Zusammenhang zwischen Verteilung, Serotypen, Genotypen und der Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Arzneimitteln.

Alle erkrankten Schweine wurden von den Farmbesitzern zur Autopsie an das Animal Disease Diagnostic Center der National Chiayi University geschickt. Die Tötung der erkrankten Schweine, die Gewebeentnahme sowie die weitere Isolierung und Identifizierung von Bakterien waren im Standardprozess zur Krankheitsdiagnose und -behandlung von wesentlicher Bedeutung. Dieses Studienprojekt sammelte die hinterlegten Proben für eine eingehende Analyse. Das Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) bestätigte, dass dieses Projekt keine Tierversuche beinhaltete und eine Genehmigung des Tiernutzungsprotokolls nicht erforderlich war.

Von März 2017 bis Oktober 2021 wurden insgesamt 388 Isolate von 355 erkrankten Schweinen in 289 infizierten Herden zur Analyse gesammelt, die dem Animal Disease Diagnostic Center (ADDC), Abteilung für Veterinärmedizin der National Chiayi University (Taiwan), zur Autopsie vorgelegt wurden. Alle Proben, einschließlich Leber, Lunge und Bronchien sowie die Liquor cerebrospinalis und die Synovialflüssigkeit, wurden während der Autopsie aseptisch entnommen. Die Proben wurden auf einer 5 % defibrinierten Schafblut-Agarplatte (BBL™ Blood Agar Base, Infusion Agar, BD, USA) kultiviert und 18–24 Stunden bei 37 °C inkubiert. Die S. suis-Isolate wurden vermutet, als α-hämolytische Kolonien beobachtet wurden. Bakterien-DNA wurde aus der S. suis-verdächtigen Kolonie mit dem Taco™ DNA/RNA Extraction Kit (Taco, Taiwan) extrahiert. Für PCR9 wurde das für das gdh-Gen von S. suis entwickelte Primerpaar verwendet. Die PCR-Produkte positiver Proben wurden von Tri-I Biotech Inc (Taipei, Taiwan) in beide Richtungen sequenziert und die Sequenzen wurden mithilfe der BLAST-Datenbank (Basic Local Alignment Search Tool) des National Center for Biotechnology Information (NCBI) analysiert und verglichen. Webseite. Nach der Identifizierung wurden die Bakterien in Gehirn-Herz-Infusionsbrühe (BHIB), die 10 % fötales Kälberserum (FCS) und 20 % Glycerin enthielt, bei –80 °C gelagert.

Die für cps-Gene für Multiplex-PCR10 entwickelten Primerpaare wurden verwendet, um die S. suis-Isolate in Gruppe 1 (Serotypen 1/2, 1, 2, 3, 7, 9, 11, 14 und 16) und Gruppe 2 (Serotypen) zu kategorisieren 4, 5, 8, 12, 18, 19, 24 und 25), Gruppe 3 (Serotypen 6, 10, 13, 15, 17, 23 und 31) und Gruppe 4 (Serotypen 21, 27, 28, 29, und 30). Die PCR-Produkte wurden sequenziert, analysiert und mit der NCBI BLAST-Datenbank zur Bestätigung von S. suis-Serotypen verglichen. Darüber hinaus wurde eine PCR-Restriktionsfragmentlängenpolymorphie (RFLP) für die S. suis-Isolate durchgeführt, die vorübergehend als Serotypen 1, 1/2, 2 und 14 identifiziert wurden. Das cpsK-Gen dieser Isolate wurde durch PCR und die PCR-Produkte amplifiziert wurden durch die Restriktionsendonuklease BstNI (NEB®, USA) 1 Stunde lang bei 60 °C gespalten. Die PCR-RFLP-Produkte wurden durch 2 % Agarosegelelektrophorese analysiert11,12.

Gemäß den Richtlinien des Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) wurde der antimikrobielle Empfindlichkeitstest für die Isolate unter Verwendung der Mikrobrühe-Verdünnungsmethode mit Mueller-Hinton-II-Bouillon (BBL™ Mueller-Hinton II-Bouillon, MHB, BD) durchgeführt , USA) mit 5 % fötalem Rinderserum (FBS)13. Sechzehn antimikrobielle Mittel wurden ausgewählt, darunter Amoxicillin, Cefazolin, Ceftiofur, Doxycyclin, Enrofloxacin, Erythromycin, Florfenicol, Gentamicin, Lincomycin, Lincospectin, Oxytetracyclin, Penicillin G, Tiamulin, Trimethoprim-Sulfamethoxazol, Tylosin und Tylvalosin. Die Konzentration der antimikrobiellen Wirkstoffe lag zwischen 0,0625 und 1024 μg/ml, und die minimalen Hemmkonzentrations-Breakpoint-Werte (MHK) für Streptococcus spp. wurden von den CLSI Veterinary Breakpoints13, dem European Committee for Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST)14, der Food and Drug Administration (FDA)15 und gemeldeten Daten16 bereitgestellt. Escherichia coli (ATCC 25.922), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27.853), Enterococcus faecalis (ATCC 29.212), Staphylococcus aureus (ATCC 29.213) und Streptococcus pneumoniae (ATCC 49.619) wurden gemäß den CLSI-Anleitungen als Qualitätskontrollstämme verwendet.

Sieben Haushaltsgene, darunter aroA, cpn60, dpr, gki, mutS, recA und thrA, wurden durch PCR für die aus den gereinigten S. suis-Isolaten extrahierte Nukleinsäure gemäß der von King et al. festgelegten MLST-Methode amplifiziert. und Rehm et al.3,17. Die bestätigten PCR-Produkte wurden dann zur 5'-zu-3'- und 3'-zu-5'-Sequenzierung unter Verwendung eines DNA-Analysators Applied Biosystems 3730 (Applied Biosystems, USA) an Tri-I Biotech, Inc. (Taiwan) gesendet. Anschließend wurden die Sequenzierungsergebnisse in BioNumerics® Version 7.6.3 (Applied Maths, USA) hochgeladen und die erhaltenen Allele und STs mit der PubMLST-Datenbank verglichen. Neue Allelsequenzen und STs wurden auf PubMLST hochgeladen, um das Allelprofil zu erhalten und die Genotypen zu definieren18. Mithilfe der eBURST-Analyse von PubMLST wurden die S. suis-Isolate mit jeweiligen Allelprofilen entsprechend der STs-Assoziation geclustert. Wenn 6 von 7 Allelen unter den S. suis-Isolaten identisch waren, wurden diese Isolate als derselbe Cluster identifiziert. Die Isolate, die keinem Cluster angehörten, waren Singletons3. Der Minimum Spanning Tree (MST) wurde mit BioNumerics® Version 7.6 nach der ungewichteten Paargruppenmethode mit einem arithmetischen Mittelalgorithmus (UPGMA) berechnet. Um die allgemeine Verteilung der S. suis-Isolate zu verstehen, wurde MST für die Partitionierung auf einen Abstand ≤ 1 festgelegt, wobei die beteiligten Knoten als CCs geclustert wurden19.

Der Zusammenhang zwischen Isolationsstellen, Serotypen und antimikrobieller Arzneimittelresistenz wurde abhängig von der Anzahl der Proben mithilfe des Chi-Quadrat-Tests und des exakten Fisher-Tests analysiert. Für die statistische Analyse wurde SPSS verwendet und ein p-Wert < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Wenn der p-Wert < 0,01 war, gab es einen äußerst signifikanten Zusammenhang.

Diese Studie identifizierte Serotypen von 388 Isolaten, die von 355 erkrankten Schweinen gesammelt wurden (Tabelle 1). Die wichtigsten Serotypen waren die Serotypen 3 (79/388, 20,4 %), 7 (12,9 %), 8 (11,6 %), 2 und 9 (8,2 %) und 1 (7,2 %), gefolgt von den Serotypen 4, 5, 1 /2 und 21. Die Serotypen von 73 Isolaten (18,8 %) konnten mittels PCR nicht identifiziert werden. Die Hauptisolationsstellen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Von den 355 erkrankten Schweinen wurde bei 348 Schweinen (348/355, 98,0 %) ein einzelner Serotyp isoliert, während bei sieben Schweinen (7/355, 2,0 %) zwei Serotypen isoliert wurden. Unter den sieben Schweinen hatten fünf Schweine einen Stamm mit einem unbekannten Serotyp; und für den anderen Stamm gab es drei Schweine mit den Serotypen 4, 7 und 8 einzeln und zwei Schweine mit dem Serotyp 9. Die restlichen zwei der sieben Schweine waren die Serotypen 3 und 8 bzw. die Serotypen 7 und 8.

Serotyp 1 wurde im Säuglingsstadium häufig aus Gehirnen, Liquor cerebrospinalis oder Synovialflüssigkeit isoliert (p < 0,01). Die Serotypen 3, 7, 8 und 9 wurden im Stillstadium meist aus Lungen oder Bronchiallumina isoliert. Darüber hinaus wurde Serotyp 2 höchstwahrscheinlich im Wachstums- und Endstadium aus der Lunge isoliert (p < 0,05) (Tabelle 1).

Bei allen 388 Isolaten wurde eine antimikrobielle Empfindlichkeitsprüfung mithilfe der Bouillon-Mikroverdünnungsmethode gemäß den CLSI-Standards durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass S. suis sehr empfindlich gegenüber Ceftiofur (96,4 %), Cefazolin (91,0 %), Trimethoprim/Sulfamethoxazol (86,9 %) und Gentamicin (79,6 %) war. Die Isolate zeigten eine mäßige Empfindlichkeit (40–70 %) gegenüber Florfenicol (68,8 %), Amoxicillin (61,1 %), Enrofloxacin (60,1 %), Tiamulin (60,1 %), Penicillin G (58,0 %) und Doxycyclin (54,9 %). Die Empfindlichkeit gegenüber Lincospectin (33,2 %), Erythromycin (14,7 %), Tylosin (8,8 %), Oxytetracyclin (8,0 %) und Lincomycin (5,2 %) lag unter 40 % (Tabelle 2). Bemerkenswerterweise zeigten die meisten S. suis-Isolate in dieser Studie eine geringe Empfindlichkeit (< 10 %) gegenüber Tylosin, Oxytetracyclin und Lincomycin. Da es für Tylvalosin keinen klinischen Grenzwert von S. suis gab, wurden die Ergebnisse als MHK50 und MHK90 angegeben, die 256 bzw. 1.024 μg/ml betrugen. Das Muster der Antibiotikaresistenz wurde anhand der Resistenz von S. suis gegenüber verschiedenen Arzneimittelklassen analysiert. Nur 14 Isolate (14/388, 3,6 %) waren empfindlich gegenüber allen Klassen antimikrobieller Wirkstoffe, 112 Isolate (112/388, 28,9 %) waren resistent gegen 1–3 Arzneimittelklassen, 184 Isolate (184/388, 47,4 %) waren resistent resistent gegen 4–6 Arzneimittelklassen, 78 Isolate (78/388, 20,1 %) waren gegen mehr als sieben Arzneimittelklassen resistent und 8 Isolate waren gegen alle Arzneimittelklassen resistent. Das häufigste antimikrobielle Resistenzmuster war die Resistenz gegen Tetracycline, Makrolide und Lincosamide, die bei 89,9 % (349/388) der S. suis-Isolate gefunden wurde. (Abb. 1).

Heatmap mit antimikrobiellen Empfindlichkeitsprofilen von S. suis-Isolaten. Zeilen stehen für Bakterienisolate und Spalten für Antibiotika. Die Blöcke zeigen die Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika an (grün: anfällig, gelb: mittelmäßig, rot: resistent). Die Heatmap wurde mit Microsoft Excel 2010 erstellt.

Der Zusammenhang zwischen der antimikrobiellen Empfindlichkeit und den Serotypen zeigte, dass Serotyp 1 sehr empfindlich gegenüber Penicillin G, Amoxicillin, Cefazolin, Ceftiofur, Tiamulin und Enrofloxacin war. Die Serotypen 2 und 3 zeigten außerdem eine hohe Anfälligkeit gegenüber Penicillin G, Amoxicillin, Cefazolin, Ceftiofur, Enrofloxacin und Tiamulin; und waren zusätzlich sehr empfindlich gegenüber Gentamicin, Florfenciol und Trimethoprim/Sulfamethoxazol. Serotyp 7 zeigte nur gegenüber Cefazolin, Ceftiofur und Trimethoprim/Sulfamethoxazol eine bessere Empfindlichkeit. Die Serotypen 8 und 9 waren sehr empfindlich gegenüber Cefazolin, Ceftiofur, Gentamicin und Trimethoprim/Sulfamethoxazol (Tabelle S1).

Achtzig klinische S. suis-Isolate in einer Anzahl proportional zu ihren Serotypen wurden für den MLST ausgewählt, der die Serotypen 1 (n = 6), 1/2 (n = 2), 2 (n = 7) und 3 (n = 17) umfasste. , 4 (n = 3), 5 (n = 3), 7 (n = 11), 8 (n = 8), 9 (n = 7), 21 (n = 2) und 14 nicht identifizierte Isolate. Siebzehn neue Allele wurden aus 7 Paaren von Haushaltsgenen gefunden, darunter 5 Allele des aroA-Gens, 8 Allele des cpn60-Gens, 2 Allele des dpr-Gens und 1 Allel des gki-Gens und des recA-Gens. Neue Sequenzen des House-Keeping-Gens wurden zur Verifizierung an PubMLST übermittelt und die Allelprofile der neuen Sequenzen wurden dann bei PubMLST registriert, um die 22 neuen STs zu definieren, die in dieser Studie entdeckt wurden. Das Ergebnis der 80 S. suis-Isolate zeigte, dass die Gene aroA, cpn60, gki, dpr, mutS, recA und thrA 16, 15, 13, 9, 11, 9 bzw. 12 verschiedene Allele ausübten und 28 verschiedene STs bildeten. ST27 (12/80, 15,0 %), ST94 (13,8 %) und ST1831 (13,8 %) waren die wichtigsten STs, gefolgt von ST28 (10,0 %), ST1832 (8,7 %), ST1 (6,3 %), ST1833 (3,7 %). ), ST117 (2,5 %) und ST1175 (2,5 %) (Abb. 2). Die 80 S. suis-Isolate wurden in 4 Cluster und 9 Singletons aufgeteilt. Wie im phylogenetischen Dendrogramm und MST dargestellt, wurden 28 STs in 4 CCs unterteilt. CC1 bestand aus 6 S. suis-Isolaten und 2 STs. CC27 bestand aus 23 S. suis-Isolaten und 4 STs, und ST27 wurde als Vorfahrentyp dieses Clusters vorhergesagt. CC94 bestand aus 13 S. suis-Isolaten und 2 STs. CC1832 bestand aus 29 S. suis-Isolaten und 11 STs, und ST1832 wurde als Stammtyp dieses Clusters vorhergesagt (Abb. 2 und 3a).

Phylogenetisches Dendrogramm, erstellt aus den ST-Profilen von S. suis-Isolaten. PG: Penicillin G, AMO: Amoxicillin, CZ: Cefazolin, CEF: Ceftiofur, GN: Gentamicin, OTC: Oxytetracyclin, DO: Doxycyclin, ERY: Erythromycin, TY: Tylosin, LN: Lincomycin, LS: Lincospectin, FFC: Florfenicol, TIA : Tiamulin, ENR: Enrofloxacin, SXT: Sulfamethoxazol-Trimethoprim. Die Heatmap wurde mit Microsoft Excel 2010 erstellt.

Das aus den ST-Profilen von S. suis-Isolaten erstellte MST-Diagramm (n = 80). (a) Die Beziehung zwischen CC und Serotypen von S. suis-Isolaten wurde charakterisiert. Die Knoten wurden basierend auf den ST-Daten beschriftet und die Zweiglängen wurden entsprechend der Diskrepanz des Allelprofils zwischen verbundenen Knoten angezeigt. (b) Die Beziehung zwischen Serotypen und STs.

Eine weitere Analyse des Zusammenhangs zwischen Serotypen und STs unter den 80 S. suis-Isolaten ergab, dass die meisten der als Serotypen 1, 2 und 3 identifizierten Isolate zu ST1, ST28 bzw. ST27 gehörten. Beide Serotypen 2 und 3 wurden in CC27 kategorisiert. Darüber hinaus handelte es sich bei den als Serotypen 7, 8 und 9 identifizierten Isolaten hauptsächlich um ST1831 und ST1832, die zu CC1832 gehörten (Tabelle 3 und Abb. 3b). Zusammengenommen können bestimmte STs mit Serotypen in Zusammenhang stehen.

In dieser Studie handelte es sich bei den S. suis-Isolaten hauptsächlich um die Serotypen 3, 7 und 8, gefolgt von den Serotypen 1, 2 und 9. Im Vergleich zur Serotypverteilung in anderen Ländern ist Serotyp 2 in China, Japan, Vietnam und Thailand am häufigsten , Spanien, Italien, Frankreich, Polen und Weißrussland20. Der zweite vorherrschende Serotyp variiert von Land zu Land, wobei es sich in Korea meist um die Serotypen 3 und 4, in den USA um die Serotypen 3, 1/2 und 7, in den Niederlanden um Serotyp 9 und in Großbritannien um die Serotypen 1 und 14 handelt21,22. Unser Ergebnis liegt nahe an den in den USA gemeldeten Daten, wo die Serotypen 3 und 7 häufiger vorkommen. Darüber hinaus stimmen unsere Ergebnisse auch mit früheren Erkenntnissen überein, dass aus erkrankten Schweinen isoliertes S. suis hauptsächlich aus begrenzten Serotypen bestand23. Im Allgemeinen ist das cps-Genom die Schlüsselregion der Genrekombination, die zur cps-Transformation zwischen Stämmen führt24. In den letzten Jahren wurden sukzessive neue cps-Genome von S. suis gefunden25, was die genetische Vielfalt erweitert und die Menge nicht identifizierter Isolate verringert. In der aktuellen Studie gibt es 18,8 % der Isolate, die nicht mithilfe des cps-Gens durch PCR und RFLP identifiziert werden können; Daher ist eine Bewertung des Virulenzpotenzials und der Auswirkungen dieser wahrscheinlichen neuen Genome auf die Pathogenese erforderlich.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde Serotyp 1 im Säuglingsstadium häufig aus Gehirnen, Liquor cerebrospinalis oder Synovialflüssigkeit isoliert (p < 0,01). Darüber hinaus wurde ein sehr signifikanter Zusammenhang zwischen dem Stadium von Saugferkeln und den aus Liquor und Synovialflüssigkeit stammenden Stämmen festgestellt (p < 0,001, Tabelle S2). Das Phänomen, dass Saugferkel anfälliger für Gehirn- und Gelenkinfektionen waren, kann auf invasive Eingriffe wie Ohrenschneiden, Schwanzschneiden, Zähneschneiden, Kastration und Drogeninjektion während der Laktationsphase zurückgeführt werden, die zur Exposition opportunistischer Bakterien in der Umwelt führten, wie z als S. suis. Darüber hinaus wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen den aus den Atemwegen isolierten Stämmen und den Wachstums- und Maststadien der Schweine festgestellt. S. suis, das sich bei gesunden erwachsenen Schweinen ansiedelt, verursacht selten Symptome; Allerdings besteht bei Spanferkeln möglicherweise die Gefahr einer Infektion mit gesunden erwachsenen S. suis-Trägern durch gegenseitige Pflege26.

Der antimikrobielle Empfindlichkeitstest zeigte, dass die Isolate sehr empfindlich gegenüber Ceftiofur, Cefazolin, Trimethoprim/Sulfamethoxazol und Gentamicin und mäßig empfindlich gegenüber Florfenicol, Amoxicillin, Enrofloxacin, Tiamulin, Penicillin G und Doxycyclin waren. Durch die Anwendung der PK/PD-Indizes, die anhand der antimikrobiellen Empfindlichkeitsdaten (Abb. S1) in Kombination mit pharmakokinetischen Parametern der Arzneimittel berechnet werden, kann eine wirksame Behandlung sinnvoll empfohlen werden. Beispielsweise waren die Spanferkel anfällig für eine Infektion mit Serotyp 1, der hauptsächlich suppurative Meningitis und/oder Arthritis verursacht. Daher wurden Amoxicillin, Ceftiofur und Tiamulin zur Behandlung empfohlen. Die Schweine im Säugestadium waren besonders anfällig für die Serotypen 3, 7, 8 und 9, bei denen die Infektion des Atmungssystems relativ häufig vorkam. Unter Berücksichtigung der pharmakokinetischen Eigenschaften wurde Cefazolin, Ceftiofur oder Trimethoprim/Sulfamethoxazol zur Behandlung empfohlen. Unter diesen sind β-Lactame zeitabhängige bakterizide antimikrobielle Wirkstoffe. In dieser Studie betrug die MHK90 von S. suis Serotyp 3, 7, 8 und 9 für Ceftiofur 0,25, 2, 0,5 bzw. 0,25 μg/ml. Nach Verabreichung von Ceftiofur in einer Menge von 5 mg/kg wurde die AUC0-24 h mit etwa 358,84 μg·h/ml27 berechnet. Der Index des AUC/MIC-Verhältnisses wurde verwendet, um die antibakterielle Aktivität zeitabhängiger Arzneimittel zu beschreiben. Ein AUC/MIC-Verhältnis > 125 Stunden gilt im Allgemeinen als gute antimikrobielle Aktivität28,29. Die berechnete AUC/MIC90 für die Serotypen 3, 7, 8 und 9 für Ceftiofur lag zwischen 179,42 und 1435,36 h (> 125 h), was darauf hindeutet, dass dieses antimikrobielle Mittel zur Behandlung dieser Infektionen der vier Serotypen von S. suis empfohlen werden könnte. Aus einer ähnlichen Begründung stammt die S. suis-Infektion von Schweinen im Wachstums- und Endstadium hauptsächlich durch den Serotyp 2, der höchstwahrscheinlich aus dem Atmungssystem isoliert wurde, aber eine systemische Infektion verursachen kann. Es wurden die MHK-Werte von Penicillin G (MHK90 = 0,5 μg/ml), Amoxicillin (MHK90 = 0,5 μg/ml), Cefazolin (MHK90 = 0,25 μg/ml) und Ceftiofur (MHK90 = 0,25 μg/ml) ermittelt. Wenn diese Daten mit den pharmakokinetischen Informationen kombiniert werden, kann die orale Verabreichung von Amoxicillin mit 20 mg/kg oder die Injektion von Ceftiofur mit 5 mg/kg zu einer AUC/MIC90 ≥ 125 h führen und könnte daher zur Behandlung von Serotyp-2-Infektionen empfohlen werden. Insbesondere können die Parameter für verschiedene Medikamente, Organismen oder Bakterien unterschiedlich sein30. Darüber hinaus ist zu beachten, dass gesunde asymptomatische Schweine die Quelle der Infektion mit S. suis beim Menschen sind, wobei die meisten Stämme vom Serotyp 2 sind und 90,2 % der Fälle in Asien vorkommen. Daher sollte S. suis Serotyp 2-Stämmen, die in Mastschweinen persistieren, mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden31.

Die Resistenz von S. suis gegenüber Tetracyclin ist weltweit weit verbreitet. Ein hoher Anteil an Resistenzen wurde aus Amerika (Kanada 80–90 %, Brasilien 98 %)32,33 und Asien (China 99 %, Korea 98 %, Japan 78–100 %, Thailand 96 %, Vietnam 100 %)34 gemeldet ,35,36,37,38 und Spanien (95 %)39. Einige der europäischen Länder weisen einen mäßigen Grad an Arzneimittelresistenz auf (40,3–73,3 %), und Schweden weist den niedrigsten Grad auf (7,7 %)20. Die Resistenz gegen Erythromycin ist in Taiwan (87 %), Südkorea (96 %), den Vereinigten Staaten (82 %) und Australien (99 %) höher und in China (68 %) und Japan (55–66) niedriger %). Obwohl β-Lactame in den letzten Jahren häufig bei Schweinen eingesetzt wurden, reagieren die meisten S suis-Stämme immer noch empfindlich auf sie und weisen eine geringe Arzneimittelresistenz auf. Die Resistenzraten gegen Penicillin und Ampicillin liegen bei 0–27 % bzw. 0–23 %.

Der Anteil von Suis, die gegen Makrolide und Lincosamide resistent sind, steigt weltweit20. Aus den Ergebnissen der Arzneimittelresistenz geht hervor, dass 89,9 % der S. suis-Isolate gegen drei Arzneimittelklassen, darunter Tetracycline, Makrolide und Lincosamide, resistent waren. Li et al. haben berichtet, dass die Resistenz von S. suis gegen Chloramphenicole, Makrolide, Lincosamide, Chloramphenicole, Fluorchinolone, Aminoglykoside und Hydantoine das häufigste Arzneimittelresistenzprofil in China darstellt40. Darüber hinaus werden S. suis-Stämme in Brasilien resistent gegen fünf Klassen antimikrobieller Mittel, darunter Tetracycline, Lincosamide, Fluorchinolone, Sulfonamide und Hydantoine33. Der Prozentsatz der Multiresistenz (Resistenz gegen mehr als drei Klassen antimikrobieller Mittel) der in dieser Studie gesammelten Isolate betrug bis zu 93,0 %, und 39,4 % der Isolate waren resistent gegen mehr als sechs Klassen antimikrobieller Mittel. Unser Ergebnis ähnelt den Daten von Li et al. (2012) und Soares et al. (2014), die den Anteil der S. suis-Isolate zeigte, die gegen mehr als 3 Klassen (98,7 %, 99,6 %) und 6 Klassen (35,9 %, 85,0 %) antimikrobieller Mittel in China und Brasilien resistent sind33,40.

Beim Vergleich des MLST-Ergebnisses mit den Serotypen zeigte sich, dass die Schweine im Säugungsstadium hauptsächlich mit dem S. suis-Serotyp 1 infiziert waren, der ST1 (n = 5) und CC1 entsprach. S. suis-Serotyp 2 entsprach hauptsächlich ST28 (n = 6) (Tabelle 3). Goyette-Desjardins et al. fanden heraus, dass die meisten invasiven Stämme mit hoher Virulenz zu CC1 gehören, einschließlich ST1, ST6, ST7 und ST11, die normalerweise mit Septikämie, Meningitis und Arthritis in Zusammenhang stehen21. Die aktuelle Studie zeigte, dass S. suis, das aus den erkrankten Schweinen mit Symptomen des Zentralnervensystems und Arthritis isoliert wurde, ebenfalls zu CC1 gehörte. Im Gegensatz dazu könnte CC27 eher mit Atemwegsinfektionen zusammenhängen3. Der aus den Mastschweinen isolierte S. suis-Serotyp 2 war ST28, der zu CC27 gehörte und größtenteils aus dem Atmungssystem isoliert wurde. Dieses Ergebnis ähnelt dem aus China, Japan und den USA, die Pathogenität bedarf jedoch weiterer Untersuchungen21,41. Der aus den Schweinen im Säugestadium isolierte S. suis-Serotyp 3 bestand hauptsächlich aus ST27 von CC27 (n = 12) aus den Atemwegen (79,7 %; 63/79). Im Vergleich dazu neigte S. suis Serotyp 8 dazu, im Säugungsstadium aus Schweinen isoliert zu werden (p < 0,01) und wurde größtenteils aus der Lunge oder dem Bronchiallumen isoliert (82,2 %; 37/45). Bei diesen Isolaten handelte es sich hauptsächlich um ST1831 oder CC1832 (n = 5). Diese Ergebnisse stimmen gut mit früheren Erkenntnissen überein, dass die Serotypen 3 und 8 meist auf Lungeninfektionen beschränkt sind42. CC94 umfasste ST94 (n = 11) und ST1175 (n = 2), die den nicht identifizierten S. suis-Isolaten (n = 6), den Serotypen 4 (n = 3), 7 (n = 2), 3 (n=) entsprachen 1) und 5 (n = 1) (Abb. 2). ST94 und CC94 werden in den USA häufig nachgewiesen und sind die vierthäufigsten ST- und CC-Erreger in Nordamerika. Sie sind mit den pathogenen Stämmen der Serotypen 3, 4, 5, 7 und 24 verwandt, jedoch nicht mit den Serotypen 1, 2 und 1443. In Europa und Asien nachgewiesenes ST94 steht hauptsächlich mit den Serotypen 4, 16 und nicht identifizierten Stämmen in Zusammenhang44. Zusammengenommen könnten verschiedene Serotypen mit unterschiedlicher Infektionseffizienz die Virulenz oder geografische Verteilung von S. suis bestimmen45.

CC1832 ist der größte CC in dieser Studie. Es bestand aus ST1831, ST1832, ST1833, ST1836, ST1837, ST1838, ST1840, ST1841 und ST1844, die größtenteils den Serotypen 7, 8 und 9 entsprachen (n = 23) und größtenteils im Säugungsstadium aus den Schweinen isoliert wurden (n =). 23). Dieses CC weist einen höheren Anteil an Arzneimittelresistenzen gegen Penicillin G, Amoxicillin, Cefazolin, Ceftiofur, Tiamulin und Enrofloxacin auf als die anderen CCs. Die Schweine sind in diesem Stadium anfällig für Virusinfektionen wie PRRSV und PCV2, die wahrscheinlich opportunistische/sekundäre bakterielle Atemwegsinfektionen verursachen, z. B. Glaesserella parasuis, Mycoplasma hyorhinis, Bordetella bronchiseptica und S. suis46,47. Die antimikrobiellen Wirkstoffe werden in diesem Stadium häufig bei Schweinen eingesetzt, was zu einer relativ hohen Arzneimittelresistenz gegen häufig vorkommende Serotypen von S. suis führt. Die in dieser Studie aus erkrankten Schweinen isolierten S. suis stammten größtenteils aus dem Atmungssystem und die meisten Isolate zeigten eine Mehrfachresistenz. Daher sollte die klinische Verwendung antimikrobieller Wirkstoffe mit Vorsicht ausgewählt werden, basierend auf den Eigenschaften klinischer Isolate und den Ergebnissen der Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Arzneimitteln.

S. suis ist ein wichtiger bakterieller Zoonoseerreger mit einem hohen Risiko einer beruflichen Infektion. In dieser Studie wurde festgestellt, dass neben neu identifizierten STs von S. suis-Stämmen auch STs und Serotypen eine gewisse Assoziation aufweisen, die weiter mit den Fütterungsstadien von Schweinen und der Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Arzneimitteln zusammenhängen kann. Dies ist die erste Studie, die über die Serotypverteilung, die Bakterienresistenz und die molekulare epidemiologische Analyse von S. suis berichtet, die aus erkrankten Schweinen in verschiedenen Fütterungsstadien in Taiwan isoliert wurde. Die epidemiologische Untersuchung trägt zu einem besseren Verständnis der Rolle dieser Bakterien und zu besseren Behandlungsstrategien bei.

Die in der aktuellen Studie generierten Datensätze sind im PubMLST verfügbar, Weblink [https://pubmlst.org/bigsdb?db=pubmlst_ssuis_isolates&page=query&prov_field1=f_country&prov_value1=Taiwan&submit=1].

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Ching-Fen Wu, Siou-Hui Chen, Chao-Min Wang, Szu-Wei Huang und Hung-Chih Kuo

Abteilung für Veterinärmedizin, National Chung Hsing University, Stadt Taichung, Taiwan

Chi-Chung Chou

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HCK gestaltete Forschung; SHC sammelte Proben; CFW, SHC und HCK führten Recherchen durch, analysierten Daten und verfassten den Manuskriptentwurf. CFW, CCC, CMW, SWH und HCK haben das Manuskript bearbeitet und überprüft. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Hung-Chih Kuo.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wu, CF., Chen, SH., Chou, CC. et al. Serotyp- und Multilocus-Sequenztypisierung von Streptococcus suis aus erkrankten Schweinen in Taiwan. Sci Rep 13, 8263 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33778-9

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Eingegangen: 15. Februar 2023

Angenommen: 19. April 2023

Veröffentlicht: 22. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33778-9

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