陳 龍,張春霞,康元環(huán),單曉楓*,曹 亮,王嬌嬌,錢愛東*
(1.吉林農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院,吉林長春130118;2.吉林省華政動物保健品有限公司,吉林長春130114)
沙門菌(Salmonella)屬于腸桿菌科革蘭陰性桿菌。其動物宿主廣泛,可以引發(fā)人和動物胃腸炎、敗血癥、其他中毒性感染等疾病。豬源沙門菌一直是危害養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展和動物性食品衛(wèi)生的重要人畜共患病病原之一。近年來,隨著抗菌藥物在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、臨床治療中的廣泛使用,特別作為抗菌生長促進劑使用時以次治療劑量添加到飼料中,使豬源沙門菌耐藥株不斷產(chǎn)生,尤其是強毒株普遍出現(xiàn)了多重耐藥現(xiàn)象,給公共衛(wèi)生帶來巨大隱患。豬源沙門菌目前在我國獸醫(yī)臨床較為常見,而其豬源沙門菌耐藥性的耐藥機制資料及耐藥性調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)還相對缺乏。因此,本文就豬源沙門菌的耐藥機制及中、美兩國近10年耐藥性調(diào)查做一綜述,期望對促進我國養(yǎng)豬業(yè)的健康發(fā)展和公共衛(wèi)生提供參考。
沙門菌的耐藥機制復(fù)雜多樣,沙門菌耐藥水平的提高已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點。根據(jù)目前研究人員報道,沙門菌耐藥的主要耐藥機制大致可分為以下幾類:①細菌產(chǎn)生滅活酶使藥物失活;②改變細菌細胞膜對抗菌藥物的通透性;③激活外排泵排除抗菌藥物和作用靶位結(jié)構(gòu)的改變等。豬源沙門菌針對不同類抗菌藥物分別利用一種或多種耐藥機制介導(dǎo),從而產(chǎn)生耐藥性。
沙門菌中大多數(shù)能抵抗青霉素和頭孢菌素歸因于能夠產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶,這類酶能使β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物開環(huán)滅活。目前,通過調(diào)查研究,已發(fā)現(xiàn)700多種β-內(nèi)酰胺酶。其中,超廣譜β-內(nèi)酰胺類酶(ESBLs)能夠降解多種抗菌藥物,屬Ambler分類中的A類,按Bush分類屬2be群。廣譜β-內(nèi)酰胺酶根據(jù)基因來源和進化關(guān)系在沙門菌中可分為TEM型,SHV 型、CTX-M 型、OXA 型[1]。張 文 波 等[2]研 究發(fā)現(xiàn)如果臨床分離的豬源沙門菌具有超廣譜β-內(nèi)酰胺類酶,其對第3代和第4代頭孢菌素類和青霉烯的耐藥率高于普通沙門菌株。Arlet等發(fā)現(xiàn)臨床上分離得到的具有CTX-M型酶的豬源沙門菌抗頭孢噻肟的水平非常高。此外,Aarestrup等還通過氨基酸序列的相似性分析把其中CTX-M型β-內(nèi)酰胺酶分為5組,即CTX-M-1、CTX-M-2、CTX-M-8、CTXM-9和CTX-M-25,并發(fā)現(xiàn)編碼CTX-M型酶的基因主要存在于豬源沙門菌的質(zhì)粒上。
喹諾酮類或氟喹諾酮類藥物主要作用細菌DNA螺旋酶(gyrA和gyrB)和拓撲異構(gòu)酶Ⅳ(parC和parE)??咕幬锇袠嘶蛲蛔冎苯訉?dǎo)致細菌耐藥。此外,沙門菌還可通過AcrAB-TolC外排系統(tǒng)排除藥物降低藥物濃度[3]。
沙門菌中耐喹諾酮類藥物起初是由于gyrA基因上的點突變,gyrA基因負責編碼螺旋酶的A亞單位,是喹諾酮類藥物的最初靶位。gyrA蛋白第67(Ala)和106(Gln)位氨基酸殘基之間被稱為喹諾酮耐藥決定區(qū)(Quinolone resistance determining region,QRDR)。氨基酸在喹諾酮耐藥決定區(qū)83位點上發(fā)生突變,即色氨酸變成苯丙氨酸或酪氨酸,或者在87位點的天冬氨酸變成甘氨酸或天冬酰胺、酪氨酸,這些是豬源沙門菌株中抗萘啶酸最常發(fā)生的點突變。此外,豬源沙門菌gyrB基因突變,同樣可導(dǎo)致喹諾酮耐藥。Olsen等研究發(fā)現(xiàn)豬霍亂沙門菌一旦parC基因發(fā)生突變,直接導(dǎo)致氟喹諾酮類藥物抑菌水平下降16倍~32倍。目前,統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示豬源沙門菌靶基因突變有以下幾種情況,即gryA基因上2個不同的雙突變、gyrB基因上發(fā)生單突變、parC基因上3種不同的單突變和首次在parE基因上發(fā)生單突變等。因此,藥物作用靶位的突變造成沙門菌對喹諾酮類藥物的耐藥性。
氨基糖苷類抗菌藥物的耐藥性與沙門菌修飾的鈍化酶有關(guān)。相關(guān)酶主要有3類,分別為磷酸轉(zhuǎn)移酶、乙酰轉(zhuǎn)移酶、腺苷轉(zhuǎn)移酶。其中,乙酰轉(zhuǎn)移酶可以將氨基酸乙?;?,腺苷轉(zhuǎn)移酶和磷酸轉(zhuǎn)移酶可分別將羥基(-OH)腺化和磷酸化,從而使氨基糖苷類抗菌藥物滅活,產(chǎn)生抗性[4]。
D Costa V M 等[5]和 Haley C A 等[6]闡述了部分豬源沙門菌耐藥基因與耐藥性的關(guān)系如下:氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶類由耐藥基因aphA編碼,負責卡那霉素抗性;氨基糖苷類乙酰轉(zhuǎn)移酶由耐藥基因aacC編碼,可導(dǎo)致慶大霉素耐藥;氨基糖苷類腺苷轉(zhuǎn)移酶類由耐藥基因aadA和aadB編碼,負責鏈霉素和慶大霉素耐藥。此外,還有很多研究人員分別在抗氨基糖苷類抗菌藥物豬源沙門菌中檢測出了aacC、aphA、aadA 和aadB 等耐藥基 因[7-8],說 明 豬源沙門菌氨基糖苷類抗菌藥物的抗性與這些耐藥基因密切相關(guān)。
豬源沙門菌耐四環(huán)素和氯霉素主要由外排泵所介導(dǎo),使得細菌細胞膜的外排能力增強,從而將細胞內(nèi)的藥物排出。豬源沙門菌中,大多數(shù)耐四環(huán)素的外排系統(tǒng)是由耐藥基因tet編碼的。研究發(fā)現(xiàn),2009年-2010年貴州省豬源沙門菌四環(huán)素耐藥率高達96%,通過對高耐藥分離菌進行PCR擴增耐藥基因,結(jié)果受測菌株均擴增出耐藥基因tet[9]。而耐氯霉素的外排系統(tǒng)則由耐藥基因floR或cml負責編碼。
甲氧芐氨嘧啶和磺胺類藥物主要抑制細菌葉酸的生物合成。沙門菌中耐磺胺類藥物的頻繁出現(xiàn)與耐藥基因sulⅠ或sulⅡ的獲得有關(guān),這個基因改變了二氫喋呤合成酶,降低了磺胺類藥物在葉酸生物合成中的抑菌作用。同樣,研究發(fā)現(xiàn)豬源沙門菌中耐甲氧芐氨嘧啶的現(xiàn)象與耐藥基因dhfr密切相關(guān),這個基因改變了二氫葉酸還原酶,使其與抗菌藥物的親和力減少,即便有甲氧芐氨嘧啶存在的情況下,細菌葉酸仍能生物合成,抑菌作用大大降低。
自從抗菌藥物被發(fā)現(xiàn)以來,在治療、控制和預(yù)防動物疾病等方面起到巨大作用,但抗菌藥物濫用是導(dǎo)致豬沙門菌耐藥性產(chǎn)生的直接原因。發(fā)達國家很早就使用抗菌藥物作為飼料添加劑,但對其危害的認識早,從政府、消費者到生產(chǎn)者都給予了高度關(guān)注,抗菌藥物在飼料添加劑中的使用在不斷減少。我國對于抗菌藥物作為飼料添加劑也在法律法規(guī)中明確禁止,但由于抗菌藥物濫用造成的細菌耐藥性則遠遠超過美國,致使常規(guī)抗菌藥物治療效果下降,給公共衛(wèi)生健康帶來巨大的隱患。鑒于耐藥性豬源沙門菌在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重要意義,我國和美國都開展了對其耐藥性的監(jiān)測研究方面的工作。
在美國,每年都有豬源性沙門菌感染事件發(fā)生,引發(fā)人們食物中毒和胃腸炎,是主要的公共健康問題。美國很早就開展了食品動物源細菌的耐藥性監(jiān)測工作,并建立實施一系列法律法規(guī)全面限制或禁止抗菌藥物在動物中的使用。通過國家耐抗菌藥物檢測系統(tǒng)(National antimicrobial resistance monitoring system,NARMS)對1997年-2007年美國豬源沙門菌耐藥性監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn),2007年豬中非傷寒沙門菌的分離率為43.1%,并且所有菌株至少抗一種抗菌藥物。這與1996年的報道相近,說明耐藥率呈穩(wěn)定趨勢,豬源沙門菌耐藥得到了控制,但許多豬源沙門菌相繼出現(xiàn)了多重耐藥性。
目前,在美國最常見的豬源沙門菌多重耐藥(MDR)表型是ACSSuT,即氨芐青霉素、氯霉素、鏈霉素、磺胺甲惡唑/磺胺異惡唑和四環(huán)素。其中鼠傷寒沙門菌DT104是耐ACSSuT表型最常見的菌株[10]。根據(jù)食品藥品管理局(Food and Drug Administration,F(xiàn)DA)統(tǒng)計報道,從表1中可見,1997年-2007年,耐藥表型為ACSSuT的豬源多重耐藥沙門 菌 分 離 率 分 別 為 20%、54.3%、46.5%、39.5%、45.5%、47.9%、44.4%、60.4%、50%、44%及47.4%,表明鼠傷寒沙門菌多重耐藥現(xiàn)象比較普遍,并且逐漸出現(xiàn)了高水平耐氟喹諾酮類和頭孢菌素的鼠傷寒沙門菌[11]。Gebreyes等研究報道了1997年-2000年美國北卡羅萊納州24個規(guī)?;i場中豬源沙門菌對多種藥物不同程度的耐藥水平,其中大部分對環(huán)丙沙星、頭孢噻肟、丁胺卡那霉素都比較敏感,鼠傷寒沙門菌中氯霉素、頭孢噻吩、慶大霉素、甲氧芐氨嘧啶/磺胺甲基異惡唑的耐藥率較低,分別為5%、2%、2%及1%,然而鼠傷寒沙門菌突變株Copenhagen中環(huán)丙沙星、頭孢噻肟、丁胺卡那霉素的耐藥率均為78%[12]。
其他血清型沙門菌在美國分離率較低,且耐藥性情況較輕,豬感染腸炎沙門菌的病例比較罕見,分離到的豬源沙門菌中都沒有檢測出耐藥性;豬霍亂沙門菌的病例報告很少,在過去的10年里,每年大約平均發(fā)生40例;豬源海德堡沙門菌只在2000年分離出耐藥模式為ACSSuTAuCf(氨芐青霉素、氯霉素、鏈霉素、磺胺甲惡唑/磺胺異惡唑和四環(huán)素、阿莫西林-克拉維酸與頭孢噻呋)的菌株,且分離率僅為4.5%;豬源紐波特沙門菌只在2001年和2003年被分離出來,且耐藥模式為ACSSuTAuCf的菌株分離率分別為85.7%和100%,此次沙門菌的暴發(fā)可能與進口畜禽食品有關(guān),其他年份均沒有耐藥性豬源沙門菌的報道[13](表1)。
表1 1997年-2007年美國食品動物中分離到耐藥模式為ACSSuTa的豬源沙門菌Table 1 Resistance patterns(ACSSuTa)among Salmonella isolates from swine in USA from year 1997-2007
因此,在美國豬源沙門菌中除鼠傷寒沙門菌仍分離率較高且呈多重耐藥性外,其他血清型致病性豬源沙門菌分離率均較低。所以,美國整體豬源沙門菌耐藥性呈穩(wěn)定下降趨勢。
在中國,由于大多數(shù)養(yǎng)殖者為追求效益和生產(chǎn)性能等指標曾長期過量使用抗菌藥物,忽視了抗菌藥物濫用會造成較嚴重的強化細菌耐藥性,甚至出現(xiàn)嚴重的多重耐藥現(xiàn)象。近些年來,政府通過在法律法規(guī)上重新規(guī)定和耐藥性監(jiān)測分析,使得豬源沙門菌耐藥現(xiàn)象得到了廣泛關(guān)注。
從表2可見,筆者通過對我國近10年部分中部及南部省份豬源沙門菌ACSSuT耐藥率進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),豬源沙門菌在各個省份耐藥現(xiàn)象十分普遍,且耐藥率普遍高于50%;其中,四川省豬源沙門菌四環(huán)素耐藥率最高可達98.36%,其他省份耐藥率也在90%左右,這可能與四環(huán)素類抗菌藥物具有價格低、作用范圍廣和毒性小等優(yōu)點,在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中長期廣泛使用有關(guān);豬源沙門菌鏈霉素耐藥率在各省份之間存在差異,廣西省和貴州省耐藥率較低,四川和湖北省耐藥率均高于80%,這可能與區(qū)域用藥有關(guān);雖然我國早在2002年明確規(guī)定禁止氯霉素在畜牧業(yè)中使用,但各省份豬源沙門菌氯霉素的耐藥率仍然較高(約80%)的現(xiàn)象表明氯霉素的使用引致細菌耐藥性的產(chǎn)生依然延存,這可能與豬源鼠傷寒沙門菌具有ACSSuT的耐藥基因密切相關(guān);耐氨芐青霉素和磺胺類藥的豬源沙門菌幾乎在各個省份都能分離得到,這可能與很多疾病都是在未能確診的情況下就首選青霉素類和磺胺類藥物以及與飼料中抗菌藥物的添加及添加量密切相關(guān)。由上述可見,中國部分地區(qū)近10年間豬源沙門菌耐藥情況十分嚴重,不容忽視。
此外,筆者還對我國9大省份近10年來豬源沙門菌多重耐藥率進行了匯總(表3)。從表3可見,安微省、廣西省、四川省、湖北省、山東省、陜西省中幾乎100%都是多重耐藥菌株,說明多重耐藥現(xiàn)象十分普遍;廣西、貴州、湖北、山東等省豬源沙門菌呈現(xiàn)較高的多重耐藥性,耐10重以上抗菌藥物的菌株檢出率較高,最高為湖北省可達82.9%,究其原因,在檢測山東省7個不同地區(qū)規(guī)模化豬場95株豬源多重沙門菌耐藥性時發(fā)現(xiàn),其呈現(xiàn)較高的多重耐藥性是與動物飼養(yǎng)過程中抗菌藥物的不規(guī)范使用或濫用密切相關(guān)[23];分析湖北省903個臨床發(fā)病豬分離得到41株豬源沙門菌,這些多重耐藥菌株可能與生豬買賣流動,造成多重耐藥菌株的傳播有關(guān)[17];而廣西自治區(qū)11個規(guī)?;i場分離得到21株豬源沙門菌表現(xiàn)出的100%耐6重~9重抗菌藥物,蹇慧等[21]認為這可能與噬菌體型DT104沙門菌的在廣西自治區(qū)流行有一定關(guān)聯(lián);李基棕等[9]分析貴州省3個地(州市)6個規(guī)模豬場25株豬源沙門菌分離株的多重耐藥現(xiàn)象,可能原因是與耐藥質(zhì)粒在細菌間傳遞以及當?shù)貧夂颦h(huán)境等因素密切相關(guān)。雖然我國尚未在全國范圍內(nèi)進行豬源沙門菌的耐藥性普查,但由上述數(shù)據(jù)可以推斷出,我國豬源沙門菌多重耐藥現(xiàn)象已經(jīng)十分嚴重。
表2 近10年我國部分省份豬源沙門菌ACSSuTa耐藥率統(tǒng)計表Table 2 The rates of ACSSuTaresistance from swine Salmonellain parts of China in recent 10years
表3 近10年我國部分省份豬源沙門菌多重耐藥率統(tǒng)計表Table 3 The rates of multi-drug resistance from swine Salmonellain parts of China in recent 10years
通過對中、美兩國近10年來豬源沙門菌耐藥性相關(guān)文獻進行歸納總結(jié)發(fā)現(xiàn),豬源沙門菌在中、美兩國耐藥情況普遍,多重耐藥現(xiàn)象嚴重。美國豬源沙門菌耐藥性較我國耐藥情況要輕,除鼠傷寒沙門菌仍分離率較高外,其他血清型分離率較低,這與美國對豬源沙門菌耐藥性長期以來的重視有密切關(guān)系。其中,鼠傷寒沙門菌是造成美國沙門菌感染的主要血清型,但其呈全球化擴散,已經(jīng)在歐美、亞非等世界各地廣泛傳播,多種耐藥現(xiàn)象普遍。而中國豬源沙門菌耐藥率及多重耐藥現(xiàn)象十分嚴重,不僅能夠分離出鼠傷寒沙門菌,德爾卑沙門菌、豬霍亂沙門菌以及腸炎沙門菌等多個血清型在臨床上也能常常分離得到,且耐藥情況呈嚴重多重耐藥現(xiàn)象。雖然相關(guān)法律法規(guī)已經(jīng)相繼出臺,但由于長期抗菌藥物的濫用,豬源沙門菌嚴重耐藥情況的整治需要時間。
豬源沙門菌作為一種人畜共患病病原菌,在國外,很多國家通過采用新的耐藥性監(jiān)測立法來控制其嚴重耐藥率和多重耐藥現(xiàn)象[25]。主要畜禽生產(chǎn)國家已經(jīng)建立了本國監(jiān)測系統(tǒng),即美國腸道細菌耐藥性檢測系統(tǒng)、歐洲耐藥性監(jiān)測系統(tǒng)、日本獸醫(yī)細菌耐藥監(jiān)測系統(tǒng)等。中國豬源沙門菌的高攜帶率及復(fù)雜的耐藥表型已經(jīng)成為動物源性食品衛(wèi)生關(guān)注的焦點,我國農(nóng)業(yè)部在2008年啟動了動物源細菌耐藥性監(jiān)測計劃,迄今已經(jīng)監(jiān)測了6年。為了確??咕幬镌谛竽莲F醫(yī)中的謹慎使用,我們需要提高監(jiān)控新興藥物抗菌性的問題、延長抗菌藥物的使用壽命、合理使用抗菌藥物。同時,改進診斷和感染控制等措施。本實驗室也對吉林省部分大型規(guī)?;i場及中小型養(yǎng)殖戶進行豬源沙門菌分離鑒定及耐藥性分析,希望能為豬源沙門菌流行傳播的預(yù)防監(jiān)測和耐藥性防控提供參考。
[1]劉 偉,王 慧,陳小軍,等.抗生素在環(huán)境中降解的研究進展[J].動物醫(yī)學進展,2009,30(3):89-94.
[2]張文波,李宏睿.豬源鼠傷寒沙門菌的分離鑒定與耐藥性分析[J].動物醫(yī)學進展,2012,33(11):130-133.
[3]Lee K E,Jung J H,Jung B Y,et al.Characterization of nalidixic acid-resistant and fluoroquinolone-reduced susceptible Salmonella typhimuriumin swine[J].J Food Prot,2011,74(4):610-615.
[4]Zou W,Al-Khaldi S F,Branham W S,et al.Microarray analysis of virulence gene profiles in Salmonella serovars from food animal environment[J].J Infect Dev Ctries,2011,5:94-105.
[5]D Costa V M,King C E,Kalan L,et al.Antibiotic resistance is ancient[J].Nature,2011,477 (7365):457-461.
[6]Haley C A,Dargatz D A,Bush E J,et al.Salmonella prevalence and antimicrobial susceptibility from the national animal health monitoring system swine 2000and 2006studies[J].J Food Prot,2012,75(3):428-436.
[7]孫園園,趙 鵬,劉 駿,等.沙門菌檢測方法研究進展[J].中國畜牧獸醫(yī),2011,38(1):218-221.
[8]劉俊偉,張海棠,張志鵬,等.規(guī)?;i場豬霍亂沙門菌的分離鑒定與藥敏實驗[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2011,40(4):146-148.
[9]李基棕,周碧君.貴州省規(guī)模養(yǎng)豬場主要病原菌的耐藥性檢測[J].貴州農(nóng)業(yè)科學,2011,39(8):132-135.
[10]Gousia P,Economou V,Sakkas H,et al.Antimicrobial resistance of major foodborne pathogens from major meat products[J].Foodb Pathog Dis,2011(8):27-38.
[11]Hur J,Choi Y Y,Park J H,et al.Antimicrobial resistance,virulence-associated genes,and pulsed-field gel electrophoresis profiles of Salmonella enterica subsp.entericaserovar typhimuriumisolated from piglets with diarrhea in Korea[J].Can J Vet Res,2011,75:49-56.
[12]潘 蕎,鄧治邦.仔豬副傷寒沙門菌致病性及耐藥機制研究進展[J].動物醫(yī)學進展,2009,30(2):93-97.
[13]Hur J,Jawale C,Lee J H,et al.Antimicrobial resistance of Salmonellaisolated from food animals:A review[J].Food Res Int,2012,45:819-830.
[14]張 瑋.規(guī)模豬場健康豬沙門菌帶菌情況調(diào)查[J].中國人獸共患病學報,2010,26(9):888-890.
[15]黃福標,盧冰霞,劉 磊,等.屠宰豬腸道沙門菌的分離鑒定,耐藥性分析及致病性試驗[J].中國畜牧獸醫(yī),2012,39(1):172-177.
[16]Liu B,Zhang L,Zhu X,et al.PCR identification of Salmo-nella serogroups based on specific targets obtained by comparative genomics[J].Int J Food Microbiol,2011,144:511-518.
[17]Caleja C,de Toro M.Antimicrobial resistance and class I integrons in Salmonella enterica isolates from wild boars and Bisaro pigs[J].Int Microbiol,2011,14(1):19-24.
[18]楊寶偉.陜西食源性沙門菌耐藥及相關(guān)基因[J].微生物學報,2010,50(6):788-796.
[19]陳 瓊,孔繁德,彭海濱,等.51株沙門菌的耐藥性分析[J].畜牧與獸醫(yī),2008(8):77-78.
[20]李 郁,占松鶴,孫 裴,等.安徽豬源非傷寒沙門菌耐藥及多重耐藥性的監(jiān)測研究[J].中國微生態(tài)學雜志,2010,22(4):296-300.
[21]蹇 慧,劉 芳,覃永長.廣西豬源沙門菌的分離鑒定和耐藥性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2013,41(3):1123-1125.
[22]周 佳,劉書亮,侯小剛等.四川省動物性食品源沙門菌的耐藥性監(jiān)測與分析[J].中國畜牧獸醫(yī),2011,38(3):188-191.
[23]張 琦,付明哲,陳曉霖.豬鼠傷寒沙門菌的分離與鑒定[J].中國畜牧獸醫(yī)文摘,2011,27(4):34-35.
[24]Gomez Laguna J,Hernandez M,Creus E,et al.Prevalence and antimicrobial susceptibility of Salmonella infections in free-range pigs[J].Vet J,2011,190(1):176-178.
[25]Antunes P,Mourao J,Pestana N,et al.Leakage of emerging clinically relevant multidrug resistant Salmonella clones from pig farms[J].J Antimicrob Chemother,2011,66(9):2028-2032.