何雪梅,郭莉娟,吴国艳,程 琳,李 蓓,罗 燕,邹立扣,*,卿玲杉

(1.四川农业大学资源环境学院,四川 成都 611130;2.四川农业大学都江堰校区微生物学实验室,四川 都江堰 611830;3.河北联合大学生命科学学院,河北 石家庄 050018)

猪肉源大肠杆菌对抗生素及消毒剂的耐药性

何雪梅1,2,郭莉娟1,2,吴国艳1,2,程 琳2,李 蓓2,罗 燕2,邹立扣1,2,*,卿玲杉3

(1.四川农业大学资源环境学院,四川 成都 611130;2.四川农业大学都江堰校区微生物学实验室,四川 都江堰 611830;3.河北联合大学生命科学学院,河北 石家庄 050018)

从四川省各市县收集猪肉样品130份,选择性培养基分离大肠杆菌后VITEK进行鉴定,采用K-B法药敏实验测试大肠杆菌对10种药敏纸片的耐药性。琼脂稀释法测定大肠杆菌对3种季铵盐消毒剂的MIC值,PCR扩增10种季铵盐类消毒剂耐药基因。结果表明:130份猪肉样品中分离大肠杆菌96株,分离率为73.85%,其中73株对抗生素产生耐药性,耐药率分别为:TET(64.58%)、AMP(37.50%)、S(32.29%)、K(21.88%)、KF(20.83%)、CIP(18.75%)、CN(9.38%)、SAM(6.25%)、CAZ(2.08%)、CRO(2.08%),共产生了28种耐药谱,TET是最主要的谱型;96株大肠杆菌对季铵盐消毒剂BC、DDAC、CTAB的MIC分别为:16~64 μg/mL、8~32 μg/mL、64~256 μg/mL;QACs耐药基因检出率分别为ydgE/F(81.25%)、mdfA(50%)、sugE(c)(45.83%)、emrE(36.46%)、 qacEΔ1(19.79%)、qacF(17.71%)、qacE(14.58%)、sugE(p)(3.13%),qacG-未检出。共检出42种消毒剂耐药基因组合(1.04%~12.50%)。sugE(c)、qacF基因与氨基糖苷类及AMP耐药相关,qacEΔ1基因与AMP耐药相关。四川省肉源大肠杆菌污染情况较严重,菌株对抗生素的耐药率及多重耐药相对较低,对季铵盐类消毒剂MIC 较高,消毒剂耐药基因检出率较高,应引起足够重视,加强对 其检测。

猪肉;大肠杆菌;耐药;抗生素;消毒剂

近年来,食品安全已成为我国重大社会问题之一,而由病原微生物引起的食源性疾病严重威胁着人类身体健康,是食品安全问题产生的主要原因[1-3]。肉类是高营养、高水分的食品,最适于细菌的生长繁殖[4],对人类健康构成威胁。四川省是我国猪肉产量和消费量最多的省份[4],近年研究显示我国猪肉中大肠杆菌污染较严重[5-6]。大肠杆菌是肠杆菌科细菌的代表菌种,为条件性致病菌,是食品卫生监测的重要指示菌,由其引起的食物中毒病例在食物中毒中居于前列。为了防治肉源性病原微生物的危害,畜禽生产过程中常使用抗菌药物,抗菌药物的不合理使用导致病原微生物产生耐药性,耐药菌群易通过食物链传播给人类[7],导致常用抗生素失效[8-9]。畜禽养殖及肉食品加工过程中,为了防止病原微生物的危害,常常使用季铵盐类(quaternary ammonium compounds,QACs)消毒剂对养殖加工环境消毒,早在1952年,Chaplin[10]就发现了大肠杆菌对QACs的耐受现象,近年来,有学者研究发现,大肠杆菌对常用的QACs耐药率较高[11-12],有些耐药菌株同时表现出对QACs与抗生素的抗性,带来了公共安全风险[13]。

本实验从四川省猪肉源中分析菌株污染情况,测定菌株抗生素和消毒剂耐药表型,检测消毒剂耐药基因型,探究消毒剂耐药基因型与消毒剂及抗生素耐药的关系,为畜牧生产中养殖厂消毒剂、抗生素的选择和合理使用提供依据,为抗生素及消毒剂耐药性防控提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 样品

2010年7~9月,采集成都、广汉、德阳等四川省地级市超市冷鲜猪肉或农贸市场的新鲜猪肉共130份。

1.1.2 培养基与试剂

缓冲蛋白胨水(buffer peptone water,BPW)、伊红美蓝培养基 (Eosin methylene blue agar,EMB)、蛋白胨大豆琼脂培养基(triptic soy agar,TSA)、蛋白胨大豆肉汤培养基(triptic soy broth,TSB)、蛋白胨水培养基(吲哚实验)、氧化酶实验试纸 杭州微生物试剂有限公司;双倍麦康凯肉汤培养基 上海宝曼生物科技有限公司;水解酪蛋白(Mueller-Hinton,MH)液、固体(Muller Hinton agar,MHA)培养基 广州环凯生物技术有限公司。

琼脂糖、聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)试剂、Marker DL2000 天根生物技术(北京)有限公司;季铵盐类消毒剂:苯扎氯铵(benzalkonium chloride,BC)、溴化十六烷基三甲铵(cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)、双十烷基二甲基氯化铵(N,N-didecyl-N,N-dimethylammonium chloride,DDAC) 成都贝斯特试剂有限公司。

1.2 药敏纸片

β-内酰胺类主要包括以下种类:头孢类:头孢曲松(ceftriaxone,CRO,30 μg/片)、头孢他啶(ceftazidime,CAZ,30 μg/片)、头孢噻吩(ceftofur,KF);青霉素类:氨苄西林(ampicillin,AMP,10 μg/片);β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂复合物:氨苄西林/舒巴坦(ampicillin/sulbactam,SAM,10 μg/片);氨基糖苷类:庆大霉素(gentamicin,CN,10 μg/片)、卡那霉素(kanamycin,K,30 μg/片)、链霉素(streptomycin,S,10 μg/片);四环素类:四环素(tetracycline,TET,30 μg/片);氟喹诺酮类:环丙沙星(ciprofl oxacin,CIP,5 μg/片)。药敏纸片均购自杭州微生物试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

显微镜 德国Leica公司;凝胶成像系统、PCR仪、电泳仪 美国Bio-Rad公司;5804R高速冷冻离心机、单通量可调微量移液器 德国Eppendorf公司;小型涡旋振荡器 德国IKA公司;水浴锅 上海佑柯仪器设备有限公司;恒温培养箱 哈尔滨东联电子技术开发有限公司;FA2004电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;MIT-60P型多点接种仪 日本佐久间公司。

1.4 引物的合成

季铵盐类消毒剂耐药基因的10对引物是根据GenBank公布的有关序列设计,由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,如表1所示。

表1 季铵盐类消毒剂耐药基因引物及序列Table 1 QACs resistance genes and primers

1.5 方法

1.5.1 样品的采集和处理

四川省各采集点随机购买冷鲜肉或新鲜猪肉1份,每份50 g左右,无菌袋封好后放置于带冰袋的有盖的泡沫箱中,密封好泡沫箱后运回实验室,4 ℃保存,96 h内处理。

1.5.2 菌株的分离、纯化及鉴定

取各样品25 g加入225 mL BPW,在无菌塑料袋里充分振荡,取50 mL各样品的洗液到无菌三角烧瓶,加入50 mL双倍麦康凯肉汤培养基,充分混匀后于35 ℃培养24 h;接种环挑取以上肉汤培养物划线到EMB琼脂平板上35 ℃培养24 h;选择生长良好的紫黑色有金属光泽的菌落划线到TSA琼脂平板;吲哚和氧化酶实验后,用含有20%甘油的TSB保存于-60~-80 ℃冰箱,采用VITEK微生物鉴定系统进行鉴定,菌株贮存于含15%甘油的TSB培养基中,-80 ℃保存备用。

1.5.3 药敏实验

采用纸片琼脂扩散法(K-B法)[14],根据美国临床和实验室标准协会推荐方法进行操作。挑取待试菌纯培养物单菌落,TSA划线后37 ℃培养16~18 h;棉签刮取菌落,使菌液浓度为0.5麦氏比浊;用无菌棉签蘸取菌液涂布于MHA琼脂平板上,60°旋转涂布,工作台静置5 min;镊子灭菌后分别夹取药敏纸片,按一定间隔贴在平板的不同区域, 两纸片间距不小于3 cm,纸片距边缘不小于1.5 cm;37 ℃恒温培养16~18 h;用游标卡尺量取各种抗生素纸片周围抑菌环直径。

1.5.4 大肠杆菌消毒剂最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)的测定

将待测菌株及标准菌株E. coli ATCC10536划线接种于TSA培养基,37 ℃培养16~18 h,按照1.5.3节的方法制备菌悬液后再进行10倍稀释;用二倍稀释法分别配制含有BC、DDAC、CTAB的MHA培养基,质量浓度依次为0.125、0.25,…,1 024 μg/mL;用MIT-60P型细菌多点接种仪将菌液接种到含消毒剂的MHA平板表面,每个样的接种量为1 μL左右,每点菌数约为104CFU[15],接种后37 ℃ 培养过夜;平板置于暗色、无反光物体表面上判断实验终点,以抑制细菌生长的最低消毒剂质量浓度为大肠杆菌MIC值。

1.5.5 消毒剂耐药基因检测

煮沸法制备模板,无菌棉签刮取大肠杆菌菌落,置于1.5 mL Eppendorf离心管里,加无菌水700 μL,振荡混匀后沸水浴10 min,13 000 r/min离心2 min,将上清储存在-20 ℃中。PCR扩增体系:PCR mix 12.5 μL,上下游引物各0.5 μL,模板2.5 μL,无菌去离子水9 μL,总体积25 μL。扩增循环条件:95 ℃预变性5 min,95 ℃变性1 min、退火(退火温度如表1所示)30 s、72 ℃延伸30 s,共进行30个循环;最后72 ℃延伸10 min;扩增产物经1.0%琼脂糖凝胶电泳后用凝胶成像系统观察并保存。

2 结果与分析

2.1 猪肉中大肠杆菌污染情况

自1986年美国大肠杆菌O157∶H7首次爆发以来,各国对大肠杆菌重视程度越来越高,是食品卫生和流行病学领域最重要研究对象之一,2006—2009年,只帅等[16]采自陕西省西安市及杨凌示范区超市及农贸市场样品,发现猪肉中大肠杆菌检出率为88%(30/34)。2010年,史秋梅等[17]从河北省不同地区集贸市场和超市采样,发现猪肉中大肠杆菌阳性检出率为23.8%(5/21)。本实验采集四川省地级市超市冷鲜猪肉或农贸市场的新鲜猪肉共130份,从不同样品中分离大肠杆菌96株,分离率为73.85%,可见,四川省猪肉中大肠杆菌污染较为严重。

2.2 猪肉中大肠杆菌抗生素耐药性

2.2.1 耐药率

表2 96株大肠杆菌对10种抗生素的耐药率Table 2 Drug-resistance frequency of 96E. coli isolates against 10 antibiotics

由表2可知,96株大肠杆菌对抗生素的耐药率分别为TET(64.6%)、AMP(37.5%)、S(33.3%)、K(21.8%)、KF(20.8%)、CIP(18.8%)、CN(9.4%)、SAM(6.3%)、CAZ(2.1%)、CRO(2.1%)。大肠杆菌对TET耐药率最高(64.6%),对KF中介率较高(43.8%),存在耐药率上升趋势,敏感率最高两种抗生素分别是CAZ(95.8%),CN(90.6%)。从抗生素类别来看,耐药率大小依次为:四环素类(64.6%)>β-内酰胺类(2.1%~37.5%)>氨基糖苷类(9.4%-33.3%)>氟喹诺酮类(18.8%)>β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂(6.3%)。

2.2.2 耐药谱

表3 大肠杆菌耐药谱Table 3 Drug resistance profiles of E. coli isolates

由表3可知,97株大肠杆菌中73株产生了耐药性,大肠杆菌对10种抗生素产生了28种耐药谱,其中26株(26.78%)耐1种抗生素,12株耐2种抗生素,35株(36.46%)耐3种及3种以上抗生素。只帅等[16]发现748株大肠杆菌中多重(n≥3)耐药大肠杆菌分离率为73.9%,何嘉仪等[18]发现28株大肠杆菌中耐6种药物以上的占供试菌株的70%以上,本次实验多重(n≥3)耐药率为36.46%,与邹立扣等[19]2012年的报道相比,大肠杆菌多重耐药相对较轻。

2.3 大肠杆菌消毒剂耐药性

2.3.1 大肠杆菌消毒剂耐药表型

表4 季铵盐类消毒剂及质控菌株对大肠杆菌的MICTable 4 MIC of the QACs against 96 E. coli isolates and quality control strain

由表4可知,不同的消毒剂MIC值不同,大肠杆菌消毒剂MIC值CTAB>BC>DDAC,大肠杆菌抑菌效果最好的是DDAC。Sidhu等[20]将BC的MIC值大于30 μg/mL定义为耐药,并在分离于肉类食品的600株大肠杆菌中发现1株BC耐药菌。本次实验结果表明大肠杆菌对BC的耐药率较高为86.45%(83/96);Buffet-Bataillon等[21]从医院病人中分离到153株大肠杆菌,DDAC 的MIC值为2~16 μg/mL,其中57.5%(88/153)MIC值为8 μg/mL,ATCC 10536为4μg/mL,本次实验结果DDAC的MIC值较高为8~32 μg/mL,大肠杆菌对DDAC的耐药较普遍。

2.3.2 大肠杆菌消毒剂耐药基因型

除qacG-未检出外,其他基因均有检出,且条带大小与扩增长度相同(图1)。本次实验中消毒剂耐药基因检出率从大到小依次为ydgE/F(81.25%)、mdfA(50%)、sugE(c) (45.83%)、emrE(36.46%)、qacEΔ1(19.79%)、qacF(17.71%)、qacE(14.58%)、sugE(p)(3.13%),qacG-未检出。由于携带了qacEΔ1基因,阳性株可以将Qacs类化合物排出菌体从而提高自身的抗力,2008年Wang等[22]研究了中国临床革兰氏阴性菌qacEΔ1基因流行情况,发现大肠杆菌中qacEΔ1检出率为60.3%;2012年,Pastrana-Carrasco等[11]检测59株产超广谱β-内酰胺酶的肠杆菌,发现68%的耐药菌检出qacEΔ1,本次qacEΔ1检出率较低。

图1 季铵盐类耐药基因电泳图Fig.1 Electrophoresis of PCR amplified products of QACs resistance genes

96株大肠杆菌共检出42种消毒剂耐药基因组合,各组合所占比例为:1.04%~12.50%,检出率较高的4种组合为 mdfA/ydgE/F(12.50%)、ydgE/F(7.29%)、emrE /ydgE/F(6.25%)、sugE(c)/ydgE/F(6.25%)。其中qacE、emrE/mdfA、mdfA/ydgE/F、qacE/qacEΔ1/sugE(c)、qacE/sugE(p)/ydgE/F、mdfA/qacE/sugE(p)/ ydgE/F、emrE/mdfA/qacE/sugE(c)/sugE(p)/ydgE/F对应的大肠杆菌的MIC较高。

2.3.3 大肠杆菌消毒剂耐药表型与基因型关系

CTAB的MIC值为256 μg/mL的6株大肠杆菌中,其中5株检出qacE,3株检出sugE(p)。Welch等[23]的研究表明qac、sugE(p)基因共存于多重耐药质粒InA/C、pSN上,可介导高水平消毒剂耐药,最耐CTAB的6株大肠杆菌中,qacE及sugE(p)较高,可能是由于菌株含有耐药质粒。

2.4 大肠杆菌消毒剂耐药与抗生素耐药的关系

2.4.1 大肠杆菌抗生素与消毒剂耐药表型

在MIC值较高的37株大肠杆菌(3种消毒剂MIC值大于标准菌株)中,TET耐药的有30株,耐药率达到81.08%(P<0.01)。Sidhu等[20]的实验结果表明BC与抗生素不存在共同耐药。Buffet-Bataillon等[21]的实验结果表明DDAC与阿莫西林及磺胺甲基异恶唑相关。本次实验结果表明季铵盐类消毒剂和四环素共同介导对大肠杆菌的耐药。

2.4.2 大肠杆菌抗生素耐药与消毒剂基因型

图2 氨基糖苷类耐药与消毒剂耐药基因的关系Fig.2 Percentage of QAC resistance genes in aminoglycoside resistant and susceptible E. coli isolates

图3 AMP与消毒剂耐药基因的关系Fig.3 Percentage of QAC resistance genes in AMP resistant and susceptible E. coli isolates

在革兰氏阴性细菌中,qac基因常与抗生素耐药基因一起存在于质粒介导的I型整合子上,因此qac基因和抗生素耐药基因可同时表达,可编码对消毒剂和抗生素的共同抗性[24-25]。通过消毒剂和抗生素耐药基因介导,可以共筛选同时对消毒剂和抗生素耐药的细菌并共同传播[26]。如图2所示,36株氨基糖苷类耐药菌中sugE(c)、qacF分别检出24、12株,与氨基糖苷类敏感菌差异显着(P<0.01),氨基糖苷类耐药菌与sugE(c)、qacF相关;如图3所示,36株AMP耐药菌中sugE(c),qacF,qacEΔ1分别检出25、13、12株,与AMP敏感菌差异显着(P<0.01),因此AMP耐药与sugE(c)、qacF、qacEΔ1相关。

3 结 论

采集四川省市场鲜肉和超市冷鲜肉130份,共分离大肠杆菌96株,大肠杆菌污染率较高为73.85%,大肠杆菌对各种抗生素的耐药率为0~64.58%,对TET、AMP耐药率最高,分别为64.58%、37.5%。共产生28种谱型,以TET谱型最多,为21.88%(21/96)。大肠杆菌消毒剂MIC较高,分别为CTAB 64~256 μg/mL;BC 16~64 μg/mL;DDAC 8~32 μg/mL。消毒剂耐药基因仅qacG-未检出,检出率最高的分别为ydgE/F(81.25%)、mdfA(50%)、sugE(45.83%)。共检出42种消毒剂耐药基因组合(1.04%~12.50%),其中emrE/mdfA/qacE、mdfA/ydgE/F、qacE/qacEΔ1/sugE(c)、qacE/sugE(p)/ ydgE/F、mdfA/qacE/sugE(p)/ydgE/F、emrE/mdfA/qacE/ sugE(c)/sugE(p)/ydgE/F等6种组合对应的大肠杆菌的MIC较高; sugE(c)、qacF基因与氨基糖苷类耐药相关,sugE(c)、qacF、qacEΔ1基因与AMP耐药相关。四川省肉源大肠杆菌污染情况较严重,菌株对抗生素的耐药率及多重耐药相对较低,对季铵盐类消毒剂MIC较高,消毒剂耐药基因检出率较高,应引起足够重视,加强对其检测。

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Antibiotic and Disinfectant Resistance of Escherichia coli Isolated from Pork in Sichuan Province

HE Xue-mei1,2, GUO Li-juan1,2, WU Guo-yan1,2, CHENG Lin2, LI Bei2, LUO Yan2, ZOU Li-kou1,2,*, QING Ling-shan3
(1. College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2. Laboratory of Microbiology, Dujiangyan Campus of Sichuan Agricultural University, Dujiangyan 611830, China; 3. College of Life Sciences, Hebei United University, Shijiazhuang 050018, China)

Escherichia coli strains were isolated from 130 pork samples collected in Sichuan province using selective medium and confi rmed by VITEK. The susceptibility of the isolated E. coli strains to ten antibiotics was tested according to the standard disk diffusion method of the Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI). The minimum inhibitory concentrations (MICs) of three quaternary ammonium compounds (QACs) against these strains were determined by an agar dilution method. QAC resistance genes were amplifi ed using ten different sets of primers. The results showed that 96 E. coli strains were obtained with frequency of 73.85%. The resistance frequency to tetracycline (TET), ampicillin (AMP), streptomycin (S), kanamycin (K), ceftofur (KF), ciprofloxacin (CIP), gentamicin (CN) ampicillin/sulbactam (SAM), c eftazidime (CAZ) and ceftriaxone (CRO) was 64.58%, 37.50%, 32.29%, 21.88%, 20.83%, 18.75%, 9.38%, 6.25%, 2.08% and 2.08%, respectively. There were 28 different antibiotic resistance profiles Among these, TET profile was the dominant one. The MICs of benzalkonium chloride (BC), didecyldimethylammonium chloride (DDAC) and etrimonium bromide (CTAB) against E. coli were 16-64 μg/mL, 8-32 μg/mL, and 64-256 μg/mL, respectively. ydgE/F(81.25%)was the most prevalent QAC resistance gene in E. coli, followed by mdfA (50%), sugE(c) (45.83%), emrE (36.46%), qacEΔ1 (19.79%), qacF (17.71%), qacE (14.58%) and sugE(p) (3.13%). And qacG-was not detected in any of the isolates. There were 42 different qac resistance gene groups (1.04%-12.50%). Both sugE(c)and qacF gene were commonly present in aminoglycoside and AMP resistantE. coli, and q acEΔ1 gene was also related with AMP resistance. The resistance frequency and multi-drug resistance were lower than those of other reports. The frequency of QAC resistance genes and the MIC of QACs were high, suggesting that the E. coli from pork may be a reservoir of antibacterial resistance.

pork; Escherichia coli; drug resistance; disinfectants

TS251.51

A

1002-6630(2014)07-0132-06

10.7506/spkx1002-6630-201407027

2013-08-25

四川省教育厅重点项目(10ZA055);教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目(IRT13083);动物疫病防控与食品安全四川省重点实验室开放课题

何雪梅(1988—),女,硕士研究生,研究方向为微生物分子生物学。E-mail:wyxmyes@126.com

*通信作者:邹立扣(1979—),男,教授,博士,研究方向为微生物分子生物学、食品安全。E-mail:zoulkcn@hotmail.com