Zoonotický potenciál aviární patogenní Escherichia coli: detekce a typizace kmenů ve střevě člověka

Bc. Veronika Márová

Diplomová práce

Zoonotic potential of avian pathogenic Escherichia coli: detection and typing of strains from human gut

Anotace:

Escherichia coli je přizpůsobivá bakterie schopná vyvolat střevní i mimostřevní infekce díky genetické variabilitě a schopnosti rychle reagovat na změny prostředí. Je příčinou onemocnění od gastrointestinálních infekcí po infekce močových cest a sepse. Studium jejích adaptačních mechanismů je klíčové pro pochopení chování v hostiteli a vývoj prevence i léčby. Některé kmeny, zejména aviární patogenní E. coli (APEC), jsou podobné lidské extraintestinální patogenní E. coli a mohou představovat zoonotické riziko. Tato diplomová práce hodnotí zoonotický potenciál APEC a detekuje tyto kmeny ve střevním mikrobiomu člověka. Cílem práce bylo zjistit přítomnost kmenů APEC ve stolici pacientů pomocí PCR zaměřené na APEC-asociované virulenční geny (iroN, hlyF, iutA, ompT, iss). U vybraných APEC izolátů následně stanovit antibiotickou citlivost a určit jejich sekvenční typ a přítomnost genů antibiotické rezistence a metodou celogenomového sekvenování technologií Illumina. Ze 764 izolátů E. coli pocházejících ze stolice ambulantních a hospitalizovaných pacientů ze tří nemocnic a příslušných obvodů v České republice bylo identifikováno celkem 117 izolátů APEC. Fenotyp citlivosti vůči antibiotikům byl určen pomocí metody stanovení minimální inhibiční koncentrace vůči 24 antibiotikům. Fenotypové testy ukázaly vysoký výskyt rezistence vůči ß-laktamům (51,4 %) a kotrimoxazolu (51,2 %). Menší podíl izolátů vykazoval rezistenci vůči fluorochinolonům (39,7 %), amfenikolům (16,5 %) a aminoglykosidům (6,1 %). Analýza genomu odhalila 16 genů kódujících ß-laktamázy napříč izoláty, nejčastěji se jednalo o gen blaTEM-1B (59,5 %) kódující úzkospektré ß-laktamázy. Dále byly detekovány geny související s tvorbou aminoglykosid-modifikujících enzymů (aph(3‘‘)Ib a aph(6)Id, aadA1). U fluorochinolon-rezistentních izolátů byly zjištěny plazmidově přenášené geny rezistence (aac(6')-Ib-cr, qnrB19, qnrS1 a qnrS13). U izolátů rezistentních ke kotrimoxazolu byly identifikovány geny způsobující rezistenci vůči sulfonamidům (sul1, sul2 a sul3) i trimethoprimu (dfrA14 a dfrA1). Fenotyp antibiotické rezistence byl porovnán s genotypem a u většiny antibiotik byla pozorována nadpoloviční shoda. Na základě fylogenetické analýzy byly izoláty E. coli klasifikovány do 33 sekvenčních typů, přičemž nejčastěji se vyskytovaly linie ST95 (16,9 %), ST58 (8,5 %) a ST117 (7,0 %). Patogenní izoláty linie ST95 a ST58 vykazovali multirezistentní profil. Výsledky této diplomové práce prokázaly přítomnost kmenů APEC (15,3 %) ve stolici, což dokazuje možný zoonotický přenos APEC na člověka. Detekované izoláty nesly determinanty rezistence ke klinicky důležitým antibiotikům.

Abstract:

Escherichia coli is an adaptable bacterium capable of causing both intestinal and extraintestinal infections due to its genetic variability and ability to rapidly respond to environmental changes. It causes a range of diseases from gastrointestinal infections to urinary tract infections and sepsis. Studying its adaptation mechanisms is key to understanding its behavior within the host and to developing prevention and treatment strategies. Some strains, particularly avian pathogenic E. coli (APEC), are similar to human extraintestinal pathogenic E. coli and may pose a zoonotic risk. This thesis evaluates the zoonotic potential of APEC and detects these strains in the human gut microbiome. The aim of this thesis was to detect the presence of APEC strains in patient stool samples using PCR targeting APEC-associated virulence genes (iroN, hlyF, iutA, ompT, iss). Subsequently, to determine the antibiotic susceptibility of selected APEC isolates and to identify their sequence type and the presence of antibiotic resistance genes using whole-genome sequencing with Illumina technology. A total of 117 APEC isolates were identified from 764 E. coli isolates from stool samples of outpatients and inpatients from 3 hospitals and their respective catchment areas in the Czech Republic. Antibiotic susceptibility was determined using the MIC assay against 24 antibiotics. Phenotypic tests revealed a high prevalence of resistance to β-lactams (51,4 %) and co-trimoxazole (51,2 %). A smaller proportion showed resistance to fluoroquinolones (39,7 %), amphenicols (16,5 %), and aminoglycosides (6,1 %). Genomic analysis revealed 16 genes encoding ß-lactamases, most commonly blaTEM-1B gene (59,5 %) encoding narrow-spectrum ß-lactamases. Aditionally, genes associated with the production of aminoglycoside-modifying enzymes (aph(3‘‘)Ib and aph(6)Id, aadA1) were detected. Plasmid-mediated resistance genes were found in fluoroquinolone-resistant isolates (aac(6')-Ib-cr, qnrB19, qnrS1, and qnrS13). In cotrimoxazole-resistant isolates, genes for sulfonamide (sul1, sul2, and sul3) and trimethoprim (dfrA14 and dfrA1) resistance were identified. The antibiotic resistance phenotype was compared with the genotype, and more than 50% concordance was observed for most antibiotics. Based on phylogenetic analysis, E. coli isolates were classified into 33 sequence types, with ST95, ST58, and ST117 most common. Pathogenic isolates of ST95 and ST58 exhibited a multidrug-resistant profile. The results of this thesis demonstrated the presence of APEC strains (15.3%) in stool samples, indicating the potential for zoonotic transmission of APEC to humans. The detected isolates carried resistance determinants to clinically important antibioticsconcordance for most antibiotics.

Klíčová slova

antibiotika, APEC, ESBL, fenotyp, genotyp, patogeneze, rezistence, sekvenování, antibiotics, phenotype, genotype, pathogenesis, resistance, sequencing

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 5. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 17. 6. 2026
• Vedoucí: doc. RNDr. Monika Dolejská, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Petra Vídeňská, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Bioanalytická laboratorní diagnostika ve zdravotnictví - Bioanalytik / Bioanalytická laboratorní diagnostika ve zdravotnictví - Bioanalytik