猪源ExPEC噬菌体的分离鉴定及生物学特性研究

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大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)是引起猪群中新生仔猪腹泻、断奶仔猪腹泻、败血症、乳房炎等疾病的一个重要原因。肠外致病性大肠杆菌(Extraintestinal Pathogenic Escherichia coli,Ex PEC)是E.coli的重要成员,它不但可正常定植于肠道,而且可通过其特有的毒力因子定植于肠外组织,使肠道外多组织器官感染,引起肺炎、心内膜炎、肾炎及脑膜炎等症状。近年来,我国猪源ExPEC临床检出率呈现逐年升高态势,给养猪业造成的经济损失日益显著。当前临床上防治Ex PEC引起的大肠杆菌病普遍使用抗生素药物。但随着抗生素过度使用,Ex PEC耐药问题愈加突出,具有多重耐药性的猪源Ex PEC日益增多,严重影响猪源Ex PEC感染的防治效果。开发一种安全、高效的抗生素替代品用于防治猪源Ex PEC感染势在必行。噬菌体作为一类侵袭细菌的病毒,因其具有研发周期短、成本低、安全高效等优点,成为一种替代抗生素治疗细菌感染的理想选择。本研究通过分离筛选猪源Ex PEC噬菌体,进而对筛选到的噬菌体开展其生物学特性研究。旨在为猪源Ex PEC噬菌体应用和开发提供理论依据,为有效防控猪源Ex PEC感染提供新思路。本研究采用3株猪源Ex PEC优势血清型临床分离株(血清型分别为O93、O38、O127,编号依次为AHquan18-1、JSxu18-3和HByan18-2)为宿主菌进行如下试验:(1)采集猪场粪便污水样品,利用双层琼脂平板法从中分离裂解性噬菌体,对分离获得的噬菌体进行增殖、纯化。通过测定其裂解谱,初步筛选噬菌体,并使用透射电镜观察所筛选噬菌体的形态特征。(2)对噬菌体热稳定性、pH稳定性、最佳感染复数(MOI)、一步生长曲线等生理生化特性进行测定。(3)提取噬菌体全基因组,鉴定其核酸类型,利用高通量测序技术对噬菌体进行全基因组测序,并对其进行基因功能预测、功能注释及系统进化树构建等生物信息学分析。结果显示:(1)分离获得5株噬菌体分别命名为PC2、PC3、PH3、PH4和PW4。5株噬菌体对72株猪源Ex PEC裂解率分别为2.78%(2/72)、8.33%(6/72)、8.33%(6/72)、6.94%(5/72)和5.56%(4/72)。此外,PC3还可裂解一株大肠杆菌基因工程株DH5α。筛选3株噬菌体(PC2、PC3和PH4)进行后续试验,透射电镜观察到3株噬菌体头部均呈正二十面体结构,可见明显尾部,属尾噬菌体目,PC2为长尾科噬菌体,PC3和PH4为肌尾科噬菌体。(2)3株噬菌体在温度40℃~50℃,p H5~11的环境下均具有良好的稳定性。PC2最佳MOI为0.00001,潜伏期约20 min,平均裂解量为11 PFU/m L;PC3最佳MOI为0.0001,潜伏期约20 min,平均裂解量515 PFU/m L;PH4最佳MOI为0.001,潜伏期约20 min,平均裂解量226 PFU/m L。(3)3株噬菌体核酸均为双链DNA。PC2基因组全长45201 bp,GC含量为54.57%,预测到54个编码基因序列,确定25个编码已知功能基因;PC3与PH4基因组序列仅存在1个碱基的差异,基因组全长均为155895 bp,GC含量为48.79%,均预测到192个编码基因序列,确定43个编码已知功能基因。PC2、PC3和PH4基因组中均不携带毒力基因和抗生素耐药基因。结果表明:(1)本研究成功分离筛选出3株猪源Ex PEC噬菌体(PC2、PC3和PH4),其中PC2为长尾科噬菌体,PC3和PH4为肌尾科噬菌体。(2)3株噬菌体有着较好的耐热和耐酸碱环境能力,同时具有较短的潜伏期和较强的裂解性能。(3)3株噬菌体基因组中均未编码毒力基因和抗生素耐药相关基因,具有良好的应用前景。(4)PC3噬菌体宿主谱可覆盖PH4,最佳MOI及p H稳定性优于PH4,且基因组分析两者无差异,故PC2和PC3噬菌体可用于后期的临床应用研究。
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