Screening výskytu genů rezistence u izolátů E. coli ze selat

Daniela Havranová

Bachelor's thesis

Screening for the occurrence of resistance genes in piglet E. coli isolates

Abstract:

Bakterie Escherichia coli, zejména její patogenní kmeny, jsou častou příčinou průjmových onemocnění u selat po odstavu, což může vést k úhynům a tím i ke snížené produkce chovu prasat. Pro zabránění těmto problémům byla dříve selatům po odstavu preventivně podávána antibiotika a později vysoké dávky oxidu zinečnatého. Bylo ale zjištěno že si bakterie dokážou vůči antibiotikům i vysokým dávkám zinku vyvinout rezistenci. Dochází také ke kontaminaci životního prostředí jak antibiotiky, tak zinkem, proto došlo k legislativnímu omezení obou látek. Hledají se další alternativy těchto látek a jednou z nich by mohly být i nanočástice zinku na fosfátové bázi. Tato bakalářská práce se proto zaměřuje na stanovení výskytu genů antibiotické rezistence u izolátů E. coli z výkalů selat po odstavu, krmených oxidem zinečnatým a nanočásticemi zinku na fosfátové bázi. Dále byla navržena metodika screeningu vybraných genů rezistence a mezi izoláty stanovena četnost výskytu genů rezistence vůči aminoglykosidům, kolistinu a ꞵ-laktamovým antibiotikům. Na rozvoj rezistence vůči ꞵ-laktamovým antibiotikům má z hlediska četnosti výskytu pozitivních izolátů E. coli nejnižší vliv suplementace krmiva oxidem zinečnatým (ZnO). Suplementace krmiv ZnO je od roku 2022 limitována a používání jeho nízkých koncentrací stále může vést k rozvoji rezistence nejen na antibiotika. Proto je důležité tyto vlastnosti populace střevního mikrobiomu selat hlídat. Při stanovení rezistence vůči kolistinu se jako nejméně efektivní pro redukci vzniku rezistence jevila suplementace ZnA. Efekt suplementace ZnO a ZnC nebylo díky absenci vzorků ze všech dní odběru možné určit. Stanovením rezistence vůči aminoglykosidům bylo zjištěno, že bakterie z jediného odpovídajícího lyzátu měla rezistenci díky své vrozené genetické výbavě. Nezískala ji tedy vlivem zinkem suplementovaného krmiva.

Abstract:

Escherichia coli, especially its pathogenic strains, is a common cause of diarrheal disease in weaned piglets, which can lead to deaths and thus reduced pig production. To prevent these problems, previously piglets were given antibiotics and later high doses of zinc oxide after weaning. But bacteria have been found to be able to develop resistance to both antibiotics and high doses of zinc. There is also environmental contamination with both antibiotics and zinc, which is why there have been legislative restrictions on both substances. Other alternatives to these substances are being sought, and phosphate-based zinc nanoparticles could be one of them. This Bachelor thesis, therefore, focuses on determining the presence of antibiotic resistance genes in E. coli isolates from piglet faeces after weaning, fed on zinc oxide and zinc phosphate-based nanoparticles. Furthermore, a screening methodology for selected resistance genes was proposed and the incidence rates of aminoglycoside resistance genes, colistin and ꞵ-lactam antibiotics were established among isolates. Zinc oxide supplementation has the lowest impact on the development of resistance to ꞵ-lactam antibiotics in terms of the frequency of E. coli positive isolates. ZnO feed supplementation has been capped since 2022 and the use of its low concentrations can still lead to the development of resistance not only to antibiotics. Therefore, it is important to control these characteristics of the population of the gut microbiome piglets. In determining colistin resistance, ZnA supplementation appeared to be the least effective for reducing the resistance. The effect of ZnO and ZnC supplementation could not be determined due to the absence of samples from all sampling days. By determining resistance to aminoglycosides, it was found that bacteria from a single corresponding sample had resistance due to their innate genetic makeup. Thus, it was not obtained through the zinc supplemented feed.

Keywords

oxid zinečnatý, nanočástice zinku, suplementace krmiv, masný průmysl, antibiotická rezistence, selata, Escherichia coli

Keywords

antibiotic resistance, Escherichia coli, zinc oxide, zinc nanoparticles, piglets, meat industry, feed supplementation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2022
• Supervisor: Ing. Kristýna Doleželíková, Ph.D.
• Reader: Pavlína Jelínková, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Bachelor programme / field:
Chemistry and Food Technology / Food Technology