Význam Escherichia coli a dalších enterobakterií v mikrobiotě kojenců

Bc. Kristýna Knobová

Master's thesis

The importance of Escherichia coli and other enterobacteria in the microbiota of infants

Abstract:

Enterobacteriaceae je čeleď gramnegativních bakterií, které se běžně vyskytují v lidském střevě. I přesto, že mohou způsobovat různá onemocnění v případě porušení rovnováhy tzv. dysbiózy mikrobiomu, hrají u kojenců důležitou roli v jejich zdraví a vývoji. V tomto období je kolonizace bakterií pro vývoj střevní mikrobioty zásadní. Jako komenzální bakterie se podílejí na stimulaci imunitního systému, produkci vitamínů, podpoře trávení a potencionální obraně proti patogenům. Patogenní kmeny enterobakterií mohou způsobit závažná onemocnění, jejichž včasná diagnostika je zásadní pro snížení morbidity a mortality. Znalost charakteristik patogenních enterobakterií a faktorů způsobujících infekci je nezbytná pro prevenci a jejich léčbu. V této práci byl zpracován literární přehled týkající se významu Escherichia coli a dalších taxonů náležících k enterobakteriím v mikrobiotě kojenců a byla provedena analýza kolekce vybraných izolátů enterobakterií. K testování bylo použito 63 izolátů (52 enterobakterií a 11 enterokoků po finální identifikaci), které byly izolovány ze stolice zdravých kojenců a byla u nich známa předběžná identita, morfologie, kultivační charakteristiky a zbarvení na TBX agaru, ze kterého byly původně izolovány. Úspěšné ověření identifikace bylo zaznamenáno u většiny testovaných izolátů, za použití metody MALDI-TOF MS. Výsledky druhové identity nebyly ve všech případech spolehlivé a bylo by tedy vhodné k přesnější identifikaci zařadit i jiné metody. U testovaných izolátů, které zahrnovaly 11 druhů enterobakterií a 3 druhy enterokoků, byla potvrzena fenotypová i genotypová variabilita, kdy k fenotypové charakterizaci izolátů byly zařazeny metody zahrnující: testování hemolytické aktivity, β-glukoronidázové aktivity, produkce indolu a peroxidázy. Pozitivní reakce hemolytické aktivity byla zaznamenána pouze u dvou kmenů Enterococcus faecalis. Žluč-aeskulinový agar se potvrdil jako vhodné médium k nárůstu všech testovaných izolátů a stejně tak katalázový test měl velké množství pozitivních výsledků. Za nejspolehlivější test β-glukoronidázové aktivity byl zařazen chromogenní TBX agar a COLI test. Genotypová variabilita byla prokázána fingerprintovou metodou REP-PCR, navíc je díky metodě možné z testování vyřadit do budoucna identické kopie pocházející ze stejných dárců. U 32 kmenů byla testována antimikrobiální aktivita (difúzní metodou) mezi kmeny navzájem i se zařazením probiotických bifidobakterií a laktobacilů, nepodařilo se zaznamenat interakci naznačující antimikrobiální aktivitu. Ta byla zaznamenána pouze při použití kyseliny 3-hydroxypropionové (3-HP), která byla zařazena do testu pro zajímavost. Pro budoucí výzkum je žádoucí rozšířit testovanou kolekci o více kmenů k testovaným druhům a zařadit další metody testování.

Abstract:

Enterobacteriaceae is a family of gram-negative bacteria commonly found in the human gut. Despite the fact that they can cause various diseases in case of an imbalance of the so-called microbiome dysbiosis, they play an important role in the health and development of infants. During this period, bacterial colonisation is essential for the development of the gut microbiota. As commensal bacteria, they are involved in stimulating the immune system, producing vitamins, supporting digestion, and potentially defending against pathogens. Pathogenic strains of Enterobacteriaceae can cause serious diseases, early diagnosis of which is essential to reduce morbidity and mortality. Knowledge of the characteristics of pathogenic Enterobacteriaceae and the factors causing infection is essential for prevention and treatment. This thesis provides a literature review of the importance of Escherichia coli and other taxa belonging to Enterobacteriaceae in the infant microbiota and analyzes a collection of selected Enterobacteriaceae isolates. Sixty-three isolates (52 Enterobacteriaceae and 11 Enterococci after final identification) isolated from stool of healthy infants were used for testing and their preliminary identity, culture morphology and staining on TBX agar from which they were originally isolated were known. Successful verification of identification was recorded for most of the isolates tested, using MALDI-TOF MS method. Species identity results were not reliable in all cases, and therefore other methods should be included for more accurate identification. Phenotypic and genotypic variability was confirmed in the isolates tested, which included 11 Enterobacteriaceae species and 3 Enterococci species, where phenotypic characterisation of the isolates included methods including: testing for haemolytic activity, β-glucoronidase activity, indole production and peroxidase. Only two strains of Enterococcus faecalis showed positive haemolytic activity. Bile-aesculin agar proved to be a suitable medium for the growth of all the isolates tested, and the catalase test likewise recorded a large number of positive results. Chromogenic TBX agar and COLI test were ranked as the most reliable assay for β-glucoronidase activity. Genotypic variability was demonstrated by the REP-PCR fingerprinting method; moreover, the method makes it possible to exclude identical copies from the same donors in the future. Antimicrobial activity was tested for 32 strains (by diffusion method) between strains with each other and with the inclusion of probiotic bifidobacteria and lactobacilli; no interaction indicating antimicrobial activity was observed. This was only observed with 3-hydroxypropionic acid (3-HP), which was included in the test for interest. For future research, it is desirable to expand the tested collection by adding more strains to the tested species and to include additional methods.

Keywords

Escherichia coli, Enterobacteriaceae, kojenec, mikrobiota, interakce, bifidobakterie, laktobacily

Keywords

Escherichia coli, Enterobacteriaceae, an infant, microbiota, interaction, bifidobacteria, lactobacilli

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Věra Neužil Bunešová, Ph.D.
• Reader: Barbora Drnková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition