2026-09-23
Здравствуйте, сегодня я хочу поделиться с вами статьёй, опубликованной в 2025 году в журнале «Microorganisms» группой учёных из Центрально-Китайского сельскохозяйственного университета под названием «Изоляция, чувствительность к антимикробным препаратам и генотипы трёх видов рода Pasteurella, распространённых на свиноводческих фермах Китая в период с 2021 по 2023 год».
Краткое содержание. В данном исследовании был проведен систематический анализ распределения серотипов трёх патогенных бактерий семейства Pasteurellaceae, распространённых на свиноводческих фермах Китая: Pasteurella multocida (PM), Glasserella porcinum (GPS) и Actinobacillus pleuropneumoniae (APP); определены фенотипические проявления устойчивости этих трех патогенных бактерий к антибиотикам, широко используемым на свиноводческих фермах; проведен отбор генов вирулентности, высококонсервативных и встречающихся с чрезвычайно высокой частотой у всех трех видов. Результаты исследования предоставляют базовые данные для эпидемиологических исследований данной группы патогенных бактерий свиного происхождения и имеют важное справочное значение для рационального контроля за использованием антибиотиков на свиноводческих фермах.
Резюме: Псевдомонаса полиморфная (PM), Глассер-псевдомонас свиной (GPS) и Актинобактерия плевропневмонии (APP) входят в пятерку основных патогенных микроорганизмов, которые чаще всего выделяются на свиноводческих фермах Китая. С целью определения характеристик лекарственной чувствительности и генотипов штаммов, циркулирующих в настоящее время на свиноводческих фермах, в рамках данного исследования в 2021–2023 годах было собрано 4190 образцов ткани легких больных свиней с ферм в 12 провинциях страны, из которых в общей сложности было выделено 151 штамм целевых бактерий (64 штамма PM, 48 штаммов GPS, 39 штаммов APP). Результаты эпидемиологического анализа серотипов: у PM преобладал серотип D (50,0 %), у GPS — серотип 5/12 (47,92 %), у APP — серотип 7 (35,90 %). Фенотипическая лекарственная устойчивость: у PM и APP отмечался относительно высокий уровень устойчивости к ампициллину — 93,75 % у PM и 71,79 % у APP; к тимикоксу — 64,06 % у PM и 58,97 % у APP; к тетрациклину — у PM 43,75 %, у APP 61,54 %; к энрофлоксацину — у PM 34,38 %, у APP всего 10,26 %. Для GPS отсутствуют пороговые значения CLSI, поэтому уровень резистентности не может быть рассчитан, однако минимальная ингибирующая концентрация (MIC₉₀) для ампициллина, тетрациклина и энроксацина в отношении GPS составляет 8 мкг/мл; MIC₉₀ комбинированного препарата сульфаметоксазола достигает 512 мкг/мл. Гены лекарственной устойчивости: всего было выявлено 18 классов генов, обусловливающих перекрестную устойчивость к различным группам антибиотиков; при этом частота обнаружения генов tet (L), tet (M), tet (A), blaTEM, sul2, aph (3′)-Ia, dfrA12, qnrS1, strA, sul3 и mef (B) составляла ≥70 %. Гене вирогенности: гены, связанные с фибриллами (fimB, fimA, fimD, fimF), а также ген, отвечающий за поглощение железа (fepG), присутствовали во всех штаммах PM, GPS и APP; однако в распределении генов вирогенности с аналогичной функцией наблюдались заметные видоспецифические различия.
Ключевые слова: Pasteurella multocida; Glasserella porcinum; Actinobacillus pleuropneumoniae; серотипирование; лекарственная чувствительность; полногеномное секвенирование; гены лекарственной устойчивости; гены вирулентности; свиньи; Китай
1. Введение. Пневмомонас мультицидный, Глассер-бацилла свиней и Актинобациллус плевропневмонии из семейства Пневмомониадовых являются тремя основными патогенами, наносящими ущерб свиноводству. Они с высокой вероятностью вызывают респираторные заболевания у свиней на всех этапах роста, значительно повышают уровень смертности и выбраковки, что приводит к огромным убыткам в свиноводстве. Все три вида являются грамотрицательными бактериями с чёткой серотипической классификацией: капсулы Pasteurella multocida делятся на 5 серогрупп, причём в Китае преобладают серогруппы A и D, а серогруппа F встречается эпизодически; у грасерии свиней насчитывается 15 серотипов, причём основными патогенными серотипами во всём мире являются 1, 5, 7 и 10; у актинобактерии плевропневмонии насчитывается 15 серотипов, причём в Китае преобладают серотипы 1, 7 и 9; степень вирулентности каждого серотипа определяется уровнем экспрессии токсинов RTX серии Apx.
Все три вида патогенных бактерий семейства Pasteurellaceae обладают большим количеством факторов вирулентности, участвующих в патогенезе и колонизации организма, в том числе: ① факторы адгезии: филаменты 1-го типа (FimB/E/A/I/C/D/F/G/H), жгутики (FlgJ/H/G/E/D/M), белки, связанные с фибриллами (серии YkgK/Ecp, EbpA/B/C), нефибриллярный адгезин EfaA; ② белки, участвующие в транспорте и метаболизме железа (FepA/B/C/D/G, IucA/B/C/D, IroB/C/D/E/N); ③ белки, связанные с синтезом энтерицидина (EntA/B/C/D/E/F); ④ система секреции II типа (T2SS, белки серии Gsp); ⑤ белок наружной оболочки OmpA.
На данном этапе антибиотики по-прежнему остаются основным средством профилактики и лечения в клинической практике; подбор препаратов зависит от конкретного вида микроорганизмов, однако проблема лекарственной устойчивости штаммов на свиноводческих фермах по всему миру с каждым годом усугубляется. Данные мониторинга, полученные в Европе, США и многих регионах Китая, показывают значительные различия в уровне устойчивости к таким широко используемым препаратам, как тетрациклин, энроксицин и пенициллин, а также все более широкое распространение феномена множественной лекарственной устойчивости. В настоящее время выявлены гены устойчивости к различным классам антибиотиков, включая тетрациклины, β-лактамы, макроциклины и хинолоны, причём генотипы устойчивости отличаются сложностью и разнообразием.
Китай занимает первое место в мире по объёмам свиноводства; эти три вида патогенных бактерий на протяжении многих лет стабильно входят в пятерку наиболее часто выделяемых бактерий на свинофермах, однако отсутствуют системные эпидемиологические исследования, одновременно охватывающие серотипы, фенотипы устойчивости и геномы. В связи с этим в рамках данного исследования были собраны образцы легких больных свиней из 12 провинций Китая за период 2021–2023 гг. и проведены выделение и идентификация штаммов, определение чувствительности к антибиотикам методом микроразведения в бульоне, а также полногеномное секвенирование.
2. Результаты 2.1. Частота выделения бактерий и распределение по серотипам Из 4190 образцов свиней, представленных на исследование, было выделено 151 штамм бактерий семейства Pasteurellaceae 3 видов, общая частота выделения составила 3,60 % (151/4190). Из них было идентифицировано 64 штамма Pasteurella multocida с частотой выделения 1,53 % (64/4190); 48 штаммов Pseudo-Pseudomonas glaserii с частотой выделения 1,15 % (48/4190); 39 штаммов Actinobacillus pleuropneumoniae с частотой выделения 0,93 % (39/4190) . Подробные данные по сбору образцов и выделению бактерий приведены в таблице 1.
Таблица 1. Данные по выделению трёх видов бактерий семейства Пастиреллид из свиней в Китае в 2021–2023 годах
Результаты серотипирования показали, что среди 64 штаммов Pasteurella multocida было выявлено два известных капсульных серотипа, причем доминирующим серотипом оказался тип D, на долю которого приходилось 50,0 % (32/64), а вторым по распространенности — тип A, на долю которого приходилось 43,75 % (28/64). Следует отметить, что типирование 4 штаммов Pasteurella multocida (6,25 %, 4/64) не удалось завершить (рис. 1).
Среди 48 штаммов грасерий свиней наиболее распространенным серотипом был тип 5/12, на долю которого приходилось 47,92 % (23/48); за ним следовали тип 4 (25,0 %, 12/48), тип 7 (20,83 %, 10/48) и тип 2 (6,25 %, 3/48) (см. рис. 1). Среди 39 штаммов Actinobacillus pleuropneumoniae было выявлено 3 типа капсульных серотипов: тип 7 (35,90 %, 14/39), тип 1 (30,77 %, 12/39) и тип 15 (30,33 %, 13/39) (см. рис. 1).
Рис. 1. Распределение серотипов трёх видов бактерий семейства Pasteurellaceae. (A) Столбчатая диаграмма: распределение долей различных серотипов трёх видов бактерий семейства Pasteurellaceae, выделенных в рамках данного исследования; (B) Столбчатая диаграмма: распределение серотипов трех видов бактерий семейства Pasteurellaceae по годам. Условные обозначения: PM = Pasteurella multocida; GPS = Glasseria porcinum; APP = Actinobacillus pleuropneumoniae.
2.2 Результаты определения фенотипической лекарственной устойчивости. Распределение минимальных ингибирующих концентраций (МИК) для 151 штамма трёх видов бактерий семейства Пasteurellaceae приведено в таблице 2. Результаты тестирования на чувствительность к антибиотикам показали, что частота резистентности Pasteurella multocida к ампициллину, тимикостину, тетрациклину и энросаксину составила 93,75 % (60/64), 64,06 % (41/64), 43,75 % (28/64) и 34,38 % (22/64) (табл. 2). Значения MIC₉₀ для комбинированного препарата сульфаметоксазола, цефтофлуразола и гентамицина в отношении Pasteurella multocida составили 512 мкг/мл, 32 мкг/мл и 32 мкг/мл соответственно (табл. 2).
Частота резистентности Actinobacillus pleuropneumoniae к ампициллину, тимикостину, тетрациклину и энросаксину составила, соответственно, 71,79 % (28/39), 58,97 % (23/39), 61,54 % (24/39) и 10,26 % (4/39) (табл. 2). Значения MIC₉₀ для комбинированного препарата сульфаметоксазола, цефтофура и гентамицина в отношении Actinobacillus pleuropneumoniae также составили 512 мкг/мл, 32 мкг/мл и 32 мкг/мл (табл. 2). Между показателями устойчивости Pasteurella multocida и Actinobacillus pleuropneumoniae к вышеуказанным антибиотикам не было статистически значимых различий (p > 0,05). В настоящее время отсутствуют критерии CLSI для определения чувствительности Grasserella parasis, поэтому невозможно классифицировать степени устойчивости.
Таблица 2. Минимальные ингибирующие концентрации (МИК) исследуемых антимикробных препаратов в отношении трёх видов бактерий семейства Пастиреlla из свиных источников в Китае в 2021–2023 гг.
Результаты антибиотикочувствительности показали, что MIC₉₀ для ампициллина, тетрациклина и энроксацина в отношении всех трёх видов бактерий семейства Псевдомонасовых составила 8 мкг/мл, при этом MIC₉₀ для комбинированного препарата сульфаметоксазола была самой высокой. Значения MIC₉₀ для всех трех видов бактерий по различным препаратам в целом одинаковы, однако различия в значениях MIC₅₀ заметны: цефтофур демонстрирует наилучший бактериостатический эффект в отношении Actinobacillus pleuropneumoniae; тетрациклин обладает более сильным ингибирующим действием в отношении Pasteurella multocida; гентамицин демонстрирует наихудшую антибактериальную активность в отношении Klebsiella swinei; тимикостин обладает лучшей активностью в отношении Klebsiella swinei; энроксацин демонстрирует наилучшее ингибирующее действие в отношении Actinobacillus pleuropneumoniae. Эти данные наглядно демонстрируют существенные различия в чувствительности различных штаммов к широко используемым ветеринарным препаратам и могут служить ориентиром для дифференцированного и точного применения лекарственных средств на свиноводческих фермах.
2.3 Распределение генов лекарственной устойчивости и их связь с фенотипом устойчивости
В рамках данного исследования было проведено тестирование на наличие генов лекарственной устойчивости у 151 штамма Pasteurella multocida, Klebsiella swinei и Actinobacillus pleuropneumoniae (рис. 2). Всего было выявлено 18 классов генов лекарственной устойчивости, охватывающих семь основных классов антибиотиков: сульфаниламиды, цефалоспорины, пенициллины, тетрациклины, макролиды, хинолонов и аминогликозидов. Гены тетрациклинового ряда tet (L) и tet (M) присутствовали у 100 % всех штаммов, а частота обнаружения генов tet (A), blaTEM, sul2 и др. превышала 90 %, что делает их основными генами лекарственной устойчивости у штаммов, выделенных на свинофермах; частота обнаружения генов oqxB и blaOXA составляет всего 17 % и 6 % соответственно, а доля носительства крайне низка. В целом можно отметить, что носительство генов множественной лекарственной устойчивости у бактерий семейства Pasteurellaceae свиного происхождения является весьма распространённым явлением, причём наибольшую распространённость имеют гены устойчивости к тетрациклинам, β-лактамам и сульфаниламидам (рис. 3A).
Рис. 2. Тепловая карта распределения генов лекарственной устойчивости у трёх видов бактерий семейства Пастерелловых. Штаммы Pasteurella multocida обозначены маленькими зелёными квадратиками; штаммы Glasserella parasuina — маленькими чёрными кружочками; штаммы Actinobacillus pleuropneumoniae — маленькими оранжевыми треугольниками. Красные полосы обозначают наличие соответствующего гена лекарственной устойчивости у данного штамма, а серые полосы — его отсутствие.
Рис. 3. Распределение генов лекарственной устойчивости (ARG) у трёх видов бактерий семейства Пастерелловых. (A) Гистограмма: общая частота обнаружения различных генов лекарственной устойчивости среди 151 штамма бактерий семейства Пастерелловых; (B) Гистограмма: частота обнаружения различных генов лекарственной устойчивости у Pasteurella multocida, Klebsiella suis и Actinobacillus pleuropneumoniae.
Все три вида патогенных бактерий широко несут 8 высокораспространенных генов лекарственной устойчивости, таких как tet (L), tet (M) и blaTEM, причем частота их обнаружения превышает 60 %. Однако у большинства штаммов P. glaserii доля носительства генов лекарственной устойчивости значительно ниже, чем у двух других видов бактерий; особенно заметна разница в отношении генов, связанных с устойчивостью к сульфаниламидам, хинолонам и макроролидам; гены oqxB и blaOXA в целом редко встречаются у всех трех видов бактерий (рис. 3B).
Исследование также показало, что связь между носительством генов лекарственной устойчивости и фактической проявлением устойчивости не очень сильна: все штаммы Pasteurella multocida и Actinobacillus pleuropneumoniae несли гены устойчивости к тетрациклину, но только менее 65 % штаммов проявляли устойчивость к тетрациклину (Pasteurella multocida — 43,75 %, Actinobacillus pleuropneumoniae — 61,54 %) (рис. 3B, табл. 2) ; более 80 % штаммов являются носителями генов устойчивости к макроциклическим антибиотикам, однако устойчивость к тимикозину проявляют лишь около 60 % штаммов (Pasteurella multocida — 64,06 %, Actinobacillus pleuropneumoniae — 58,97 %) (рис. 3B, табл. 2). Это свидетельствует о том, что устойчивость бактерий к антибиотикам нельзя определять исключительно на основании наличия генов устойчивости; при назначении лекарственных средств в клинической практике необходимо проводить комплексную оценку с учетом результатов тестов на чувствительность к антибиотикам.
2.4 Распределение генов, связанных с вирулентностью и колонизацией
В рамках данного исследования было проанализировано 58 генов, связанных с выживанием и вирулентностью, у 151 штамма патогенов третьей категории, охватывающих такие функциональные модули патогенности, как фибриллы, транспорт железа, синтез токсинов, секреторные системы, жгутики и белки наружной оболочки (рис. 4). Результаты показали, что многие гены, в том числе fimB, fimA, fimD, fimF и fepG, были обнаружены во всех исследуемых штаммах Pasteurella multocida, Klebsiella swinei и Actinobacillus pleuropneumoniae (рис. 4). В целом гены, участвующие в синтезе фимб I типа, широко распространены среди всех трех исследуемых бактерий семейства Пастерелловых.
Однако даже в пределах одной функциональной категории у некоторых генов наблюдается явная видоспецифичность распределения. Например, генный кластер iroBCDEN был обнаружен более чем в 85 % штаммов грассерии свиной, тогда как в штаммах пастереллы полиморфной его частота обнаружения не превышала 35 %, а в штаммах актинобактерии плевропневмонии — даже не достигала 20 % (рис. 4). Данные различия непосредственно отражают различия в особенностях колонизации и патогенности этих трех видов бактерий, что служит важным основанием для отбора новых мишеней для вакцин.
Рис. 4. Тепловая карта распределения генов факторов вирулентности трёх видов бактерий семейства Pasteurellaceae. Условные обозначения: PM = Pasteurella multocida; GPS = Glasseria porcinum; APP = Actinobacillus pleuropneumoniae
3. Обсуждение
Респираторные заболевания свиней серьезно сдерживают развитие свиноводства. Пневмомонас многопатогенный, Глассер-бацилла свиней и актинобактерия плевропневмонии являются наиболее распространенными патогенами на свинофермах и на протяжении многих лет входят в пятерку бактериальных патогенов с наибольшей частотой выделения на свинофермах Китая. В рамках данного исследования эти три вида бактерий были выделены из легких больных свиней, взятых в нескольких провинциях; общая частота их выделения оказалась ниже, чем в аналогичных отечественных исследованиях. Анализ причин показал: во-первых, снижение свежести образцов после длительной транспортировки уменьшило вероятность успешного выделения бактерий; во-вторых, респираторный синдром свиней чаще всего представляет собой смешанную инфекцию, при которой различные патогены, такие как стрептококки, микоплазмы, вирус синего уха и циркумвирус, могут вызывать схожие респираторные симптомы, что значительно снижает долю выделения этих трех видов бактерий семейства Пастерелловых.
В рамках данного исследования были собраны образцы заболевших свиней с ферм в различных провинциях Китая в период 2021–2023 гг. Были систематически проведены серотипирование, определение лекарственной чувствительности и генетическое секвенирование Pasteurella multocida, Haemophilus parasuis и Actinobacillus pleuropneumoniae, что позволило всесторонне проанализировать характеристики циркулирующих в настоящее время штаммов. Результаты серотипирования показали, что доминирующими серотипами в Китае являются группы A и D Pasteurella multocida, серотипы 4 и 5/12, а также типов 1 и 7 у Actinobacillus pleuropneumoniae, что соответствует результатам мониторинга во многих странах Азии; одновременно был выявлен тип 7 грацелле, обладающий высокой патогенностью, а также обнаружено небольшое количество нетипируемых штаммов P. multocida, которые, возможно, представляют собой новые капсульные штаммы.
Данные о лекарственной чувствительности свидетельствуют о серьезной проблеме лекарственной устойчивости: уровень устойчивости Pasteurella multocida к ампициллину достигает 93,75 %, причем различия в устойчивости штаммов с разных свиноводческих хозяйств заметны; у Actinobacillus pleuropneumoniae наблюдаются региональные различия в резистентности, причем резистентность отечественных штаммов к β-лактамам значительно выше, чем у штаммов из Европы и США; для Actinobacillus suum glaserii нет единых критериев оценки лекарственной чувствительности, однако MIC₉₀ для большинства препаратов завышен, что свидетельствует о выраженном давлении резистентности. На генетическом уровне обнаружено, что штаммы несут большое количество генов устойчивости к тетрациклинам, сульфаниламидам и β-лактамам, однако корреляция между генами устойчивости и фактическим фенотипом устойчивости слабая, что доказывает, что механизмы устойчивости не ограничиваются известными генами устойчивости.
Все три типа бактерий, как правило, несут богатый набор генов вирулентности, связанных с адгезией; гомологичные белки, такие как фибриллы I типа и белки наружной оболочки, обладают высокой консервативностью и могут служить потенциальными мишенями для разработки вакцин. Исследование также имеет определенные ограничения: образцы были предоставлены свиноводческими хозяйствами по собственной инициативе, период мониторинга был относительно коротким, а региональная и временная репрезентативность — ограниченной. В целом, свиноводческим хозяйствам необходимо применять комплексные меры по профилактике и контролю заболеваний, включая рациональное использование антимикробных препаратов, усиление биобезопасности и вакцинацию, а также проводить долгосрочный мониторинг лекарственной устойчивости штаммов, чтобы обеспечить научную основу для точной профилактики и лечения респираторных заболеваний и контроля за сокращением использования ветеринарных препаратов.
4. Выводы
Таким образом, в данном исследовании систематически представлены данные об изоляции трёх видов патогенных бактерий семейства Пasteurellaceae (Pasteurella multocida, Glasserella suum, Actinobacillus pleuropneumoniae) у свиней в Китае, а также об их распространенных серотипах, лекарственной чувствительности и особенностях носительства генов лекарственной устойчивости (ARG) и генов факторов вирулентности (VFG). Эти три вида бактерий представлены множеством серотипов, однако частота обнаружения некоторых из них чрезвычайно высока. Результаты тестов на лекарственную чувствительность показывают, что проблема лекарственной устойчивости у бактерий семейства Pasteurellaceae является острой: значительная доля штаммов демонстрирует устойчивость к препаратам, применяемым в клинической практике. Несмотря на то, что при полногеномном секвенировании было выявлено множество генов лекарственной устойчивости, значимой корреляции между фенотипической лекарственной устойчивостью штаммов и их генотипической устойчивостью обнаружено не было. Гены факторов вирулентности (особенно гены, опосредующие адгезию и колонизацию бактерий) широко распространены у всех трех видов бактерий и могут служить потенциальными мишенями для разработки средств профилактики и борьбы с заболеваниями.
