艰难梭菌毒素基因检测及分子流行病学分析

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DOI:10.13602/j.cnki.jcls.2020.06.10·临床实验研究·
艰难梭菌毒素基因检测及分子流行病学分析
李洋1a,姚立琼1a,刘志武1a,梁帅龙2,韦小宝2,刘旭升2,颉晓玲1b(1.兰州大学第一医院a.检验科,b.中心实验室,兰州730000;2.兰州大学第一临床医学院,兰州730000)
摘要:目的 了解腹泻患者艰难梭菌感染现状,并分析分离菌株的核糖体分型情况。

方法 收集161例住院腹泻患者粪便标本进行艰难梭菌毒素基因PCR检测,同时进行产毒培养法,并比较2种方法的一致性;对分离的艰难梭菌进行核糖体分型。

结果 艰难梭菌产毒培养法阳性率为9.94%(16/161),粪便艰难梭菌毒素基因阳性率为9.94%(16/161),2种方法结果差异无统计学(P>0.05),一致性较好(Kappa>0.75)。

培养所得18株艰难梭菌中A、B毒素基因均阴性的2株(11.11%),tcdA+tcdB+产毒株15株(83.33%),tcdA-tcdB+1株(5.56%)。

18株艰难梭菌核糖体分型分为16种型别(GS1~GS16),未发现核糖体分型
027型菌株。

结论 艰难梭菌粪便毒素基因PCR检测可用于临床诊断,未发现本院艰难梭菌暴发流行。

关键词:艰难梭菌;毒素基因;核糖体分型
中图分类号:R446.5 文献标志码:A
DetectionofClostridiumdifficiletoxingeneandmolecularepidemiology
LIYang1a,YAOLiqiong1a,LIUZhiwu1a,LIANGShuailong2,WEIXiaobao2,LIUXusheng2,XIEXiaoling1b(1.a.DepartmentofLabo ratoryMedicine,b.DepartmentofCentralLaboratory,theFirstHospitalofLanzhouUniversity,Lanzhou730000;2.theFirstSchoolofClinicalMedicine,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,Gansu,China)
Abstract:Objective TounderstandtheinfectiousstatusofClostridiumdifficile(C.difficile)inthepatientswithdiarrhea,andstudytheribosometypingoftheisolatedstrains.Methods Fecessamplesof161hospitalizedpatientswithdiarrheawerecollectedforPCRdetectionofC.difficiletoxingeneandtheresultswerecomparedwiththestandardmethodoftoxigenicculture.TheconfirmedC.diffi
cilestrainswasisolatedandtestedfortoxingeneandPCR ribotyping.Results ThepositiverateofC.difficiletoxinculturewas9.94%(16/161),andthepositiverateoftoxingenedetectioninfecessampleswasalso9.94%(16/161).Therewasnostatisticaldifference
betweenthetwomethods(P>0.05)withfineconsistency(Kappa>0.75).BothtcdAandtcdBgeneswerenegativein2ofthe18cul turedisolates(11.11%)andbothtcdAandtcdBgeneswerepositivein15(83.33%)isolates.Only1(5.56%)isolatewastcdA nega tiveandtcdB positive.The18strainsofC.difficileweredividedinto16ribotypes(GS1toGS16).Noisolatewasfoundtoberibotype027.Conclusion ThePCRforClostridiumdifficiletoxingeneinfecalsamplescouldbeusedforclinicaldiagnosisindependently.NooutbreakofC.difficilewasfoundinourhospital.
Keywords:Clostridiumdifficile;toxingene;ribotype
艰难梭菌(Clostridiumdifficile)是一种革兰阳性厌氧芽胞杆菌,可引起腹泻、伪膜性肠炎、中毒性巨
结肠甚至败血症等严重临床感染。

艰难梭菌毒素A(TcdA)和毒素B(TcdB)是该菌的主要致病因素[1]。

在欧美国家,艰难梭菌的流行已成为影响公共卫生的一大挑战,造成了严重的经济负担[2]。

艰难梭菌流行病学研究可采用PCR核糖体分型(PCR ribo typing)、脉冲场凝胶电泳(pulse fieldgelelectropho resis,PFGE)、多位点序列分型(multilocussequence
typing,MLST)及序列测定等方法。

核糖体分型是欧洲艰难梭菌参比实验室分型标准方法,实验条件要
求低,经济实用,可快速判断艰难梭菌是否暴发流行。

在北美及欧洲地区多次暴发流行的核糖体分型027型产毒型艰难梭菌[3],近年来在国内也有报道[4]。

本研究旨在了解本院腹泻患者艰难梭菌感
染现状,明确艰难梭菌产毒情况,同时对分离菌株进行核糖体分型,探讨菌株流行病学特点。

1 材料及方法
1.1 标本收集 收集2019年5月至10月兰州大学第一医院161例住院腹泻患者(腹泻次数≥3
次/d)的粪便标本,其中男性102份,女性59份。

1.2 主要仪器与试剂 S1000型PCR扩增仪、Gel
DocXR凝胶成像仪(美国Bio Rad公司),VitekMS基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(法国生物
梅里埃公司);艰难梭菌选择培养基(chromIDTM
基金项目:甘肃省卫生行业科研计划项目(GSWSKY2018 42)。

作者简介:李洋,1989年生,女,主管技师,硕士,主要从事临床检验诊断研究。

通信作者:颉晓玲,副主任检验师,E mail:w29361x@163.com。

C.difficileagar,CDIF)、哥伦比亚血琼脂平板、厌氧产气袋(法国生物梅里埃公司),粪便细菌基因组
DNA提取试剂盒(天根生化科技公司),PremixTaq酶、100bpDNAladdermarker(TaKaRa公司);引物
由南京金斯瑞公司合成;艰难梭菌标准株ATCC
43255和ATCCBAA 1870由江苏省人民医院刘根焰教授惠赠。

1.3 细菌DNA提取及毒素基因检测 用粪便细菌基因组DNA提取试剂盒提取粪便细菌基因组
DNA,依据试剂盒说明书进行。

参照文献中方法[5]用PCR法检测毒素A基因(tcdA)和毒素B基因
(tcdB)。

引物序列见表1。

反应体系共25μL:
PremixTaq缓冲液12.5μL,上、下游引物(10μmol/L)各1μL,DNA模板2μL,ddH2O
8.5μL。

反应条件:94℃5min;94℃30s,62℃
30s,72℃45s,35个循环;72℃7min。

扩增产物经15g/L琼脂糖凝胶电泳成像观察。

表1 艰难梭菌毒素基因检测及核糖体分型引物
引物名称引物序列(5′→3′)产物长度(bp)tcdA FGCATGATAAGGCAACTTCAGTGGTA629
tcdA RAGTTCCTCCTGCTCCATCAAATG
tcdB FCCAAARTGGAGTGTTACAAACAGGTG410
tcdB RGCATTTCTCCGTTTTCAGCAAAGTA
RT16S FGTGCGGGGATCACCTCCTCCT
RT23S RCCCTGCACCCTTAATAACTTGACC
1.4 艰难梭菌产毒培养法 粪便标本收集后立即接种于CDIF及哥伦比亚血平板,35℃厌氧培养
48h。

选取CDIF上黑色、扁平、边缘不规则、具有特殊臭味的典型菌落,用VitekMS系统鉴定。

培养阳
性菌株进行tcdA、tcdB检测,同1.3。

1.5 核糖体分型 参照Bidet等研究[6],用PCR法扩增16S~23SrRNA基因间隔区(ITS),进行菌株分
型,引物序列见表1。

反应体系共50μL:PremixTaq缓冲液25μL,上、下游引物(10μmol/L)各5μL,DNA模板3μL,ddH2O12μL。

反应条件:95℃
5min;95℃1min,57℃1min,72℃1min,35个循环;72℃10min;75℃45min。

扩增产物经30g/L
琼脂糖凝胶电泳成像观察。

以ATCC43255和
ATCCBAA 1870(核糖体027型)作为对照菌株。

菌株核糖体分型结果聚类分析采用软件BioNumer
icsBN7.5cn,相似系数采用Dice算法,位置差异容许度为1.5%,聚类算法选择非加权组平均法
(UPGMA)。

相似度100%认定为同一核糖体带型。

1.6 统计学分析 用SPSS26.0软件进行。

艰难梭菌产毒培养法及粪便毒素基因检测结果进行配对χ2检验和Kappa一致性检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

Kappa系数≥0.75,认为2种方法诊断结果一致性较好;Kappa值<0.4,认为2种方法诊断结果不一致。

2 结果
2.1 产毒株的筛查 161份粪便标本直接艰难梭菌毒素基因检测阳性率9.94%(16/161);经培养鉴定
获得18株艰难梭菌,经毒素分子检测,其中16株检出毒素基因,分别为tcdA+tcdB+15株(83.33%),
tcdA-tcdB+1株(5.56%)。

见图1。

配对χ2检验结果显示艰难梭菌产毒培养法与粪便毒素基因检测结果
差异无统计学意义(P>0.05),2种方法诊断结果一致性较好(Kappa=0.931)。

见表2。

注:M,100bpDNAladdermarker;1~5,tcdA;6~10,tcdB;1、6,阴性对照(ddH2O);2、7,阳性对照;3~5、8~10,患者标本。

图1 艰难梭菌tcdA及tcdB毒素基因PCR电泳结果
表2 粪便毒素基因检测与产毒培养法结果比较
产毒培养法粪便毒素基因检测
阳性阴性合计
阳性15116
阴性1144145
合计16145161
2.2 菌株核糖体分型 对分离所得18株艰难梭菌进行核糖体分型,共有16种型别,命名为GS1~
GS16,均为不同科室散发,未见聚集暴发病例,未发现027型菌株,见图2。

3 讨论
本研究中住院腹泻患者粪便艰难梭菌毒素基因阳性率为9.94%,接近国内其他地区类似研究[7],应
引起本地区临床及感染控制相关部门注意。

艰难梭菌为专性厌氧菌,传统分离培养鉴定困难且耗时,但厌氧培养敏感性高,菌株可用于流行病学调查[8]。

本研究选择CDIF显色培养基选择分离出可疑菌落,再结合VITEKMS快速、准确作出鉴定。

TcdA和TcdB是艰难梭菌的主要毒力因子,目前有多种商品化检测系统用于毒素基因检测,但需
要特定仪器,试剂成本较高。

本研究粪便标本基因组提取后PCR检测A、B毒素基因,耗时短,成本低,易于开展。

产毒培养法是艰难梭菌诊断的参考方法,用来评价其他检测方法。

本研究中粪便毒素基因检测结果与产毒培养法比较差异无统计学意义,一致性较好,表明粪便毒素基因检测方法可独立用于检测产毒素艰难梭菌。

同时采用2种方法可互补并增加检出率,其中1例PCR毒素检测阴性标本培养后毒素检测为阳性,可能由于此粪便标本中艰难梭菌含量较少;而1例A、B毒素阳性标本可能由于保存运输时间较长而未培养到菌株。

培养鉴定所得18株艰难梭菌毒素基因检测结果显示,非产毒株tcdA-tcdB-占11.11%,tcdA+tcdB+产毒株占83.33%,tcdA-tcdB+产毒株占5.56%,表明本地区艰难梭菌感染中产毒株占优势,同相关研究结果一致[9]。

核糖体027型产毒型艰难梭菌曾在多个国家暴发流行,毒力作用大且易复发。

近年来,我国内地报道027菌株均为散发[10],未引起暴发流行。

本研究采用ATCC43255、ATCCBAA 1870(核糖体027型)作为对照菌株,对18株艰难梭菌进行核糖体分型,未发现027型高毒力菌株,同时也未发现院内聚集暴发流行。

图2 艰难梭菌核糖体分型聚类分析
4 参考文献
[1]BauerMP,NotermansDW,vanBenthemBH,etal.Clostridiumdif ficileinfectioninEurope:ahospital basedsurvey[J].Lancet,2011,377(9759):63 73.
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ods[J].MicrobPathog,2016,97:59 78.
[3]AnneJ,TravisJ,KierraM,etal.PCRribotypesofClostridioidesdifficileacrossTexasfrom2011to2018includingemergenceofribo
type255[J].EmergMicrobesInfect,2020,9(1):341 347.[4]ChengJW,XiaoM,KudinhaT,etal.ThefirsttwoClostridiumdiffi
cileribotype027/ST1isolatesidentifiedinBeijing,China anemer
gingproblemoraneglectedthreat[J].SciRep,2016,6:18834.[5]PerssonS,TorpdahlM,OlsenK.NewmultiplexPCRmethodforthe
detectionofClostridiumdifficiletoxinA(tcdA)andtoxinB(tcdB)andthebinarytoxin(cdtA/cdtB)genesappliedtoaDanishstraincollection[J].ClinMicrobiolInfect,2008,14(11):1057 1064.[6]BidetP,BarbutF,LalandeV,etal.DevelopmentofanewPCR ri botypingmethodforClostridiumdifficilebasedonribosomalRNA
genesequencing[J].FEMSMicrobiolLett,1999,175(2):261 266.
[7]孔懿,金慧,姜亦虹,等.江苏地区医院艰难梭菌流行病学研究[J].中华医院感染学杂志,2016,26(11):2421 2424.[8]徐英春,张曼.中国成人艰难梭菌感染诊断和治疗专家共识[J].协和医学杂志,2017,8(2):131 138.
[9]程敬伟.艰难梭菌实验室检测、分子流行病学及毒力差异研究[D].北京:协和医学院,2018.
[10]ZhouY,MaoL,YuJ,etal.EpidemiologyofClostridiumdifficileinfectioninhospitalizedadultsandthefirstisolationofC.difficile
PCRribotype027incentralChina[J].BMCInfectDis,2019,19(1):232.
(收稿日期:2020 03 20)
(本文编辑:周万青,刘群)。

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