Charakterizace mikrobiálních společenstev a výskyt genů pro rezistence k antibiotikům v mikroflóře hospodářských a zájmových zvířat

Mgr. Lenka Davidová Geržová, Ph.D.

Doctoral thesis

Characterization of microbiome and presence of antibiotic resistence genes in microbiome of livestock and pet animals

Abstract:

Střevní mikroflóra má významný vliv na zdraví jedince, proto jsme se v první části této práce zabývali vývojem střevní mikroflóry nosnic a její ochrannou funkcí proti infekci Salmonella Enteritidis. Vývoj střevní mikroflóry u slepic od vylíhnutí do porážky lze rozdělit do 4 etap. V prvním období, které trvá asi týden, převládali fakultativně anaerobní zástupci z čeledi Enterobacteriaceae (kmen Proteobacteria). Ve druhém období, které trvalo do konce prvního měsíce života, byli postupně Enterobacteriaceae nahrazováni zástupci čeledí Ruminococcaceae a Lachnospiraceae (kmen Firmicutes). Třetí období trvalo do půl roku života a bylo charakteristické rozvojem zástupců kmene Bacteroidetes na úkor zástupců kmene Firmicutes. Čtvrté stádium trvalo až do porážky, přičemž zde byl vyrovnaný poměr zástupců kmene Firmicutes a Bacteroidetes. Salmonella spp. je původcem salmonelózy člověka, přičemž jejím hlavním zdrojem pro člověka je zejména drůbeží maso a vejce. Proto jsme sledovali vliv kolonizace čerstvě vylíhnutých kuřat střevní mikroflórou slepic ve věku 1, 3, 16, 28 a 42 týdnů, na odolnost kuřat k infekci Salmonella Enteritidis 147. Mikroflóra slepic starších 3 týdnů chránila kuřata před infekcí Salmonella Enteritidis, což bylo potvrzeno pomocí přímé kultivace salmonel i exprese genů značících zánětlivou odpověď. Ve druhé části práce jsme se zabývali mikrobiálním společenstvím jakožto nositeli různých genů rezistencí k antibiotikům. Prasata chovaná konvenčním způsobem chovu, jsou častěji léčena antibiotiky než prasata chovaná ekologickým způsobem. Přesto na základě způsobu chovu nebyly zjištěny rozdíly v četnosti výskytu genů pro rezistence k antibiotikům u baktérií ve střevní mikroflóře prasat. Také nebyl pozorován rozdíl ve složení střevní mikroflóry. Nicméně výskyt genů rezistence u baktérií ve střevní mikroflóře prasat z různých zemí vykazoval zvyšující se frekvenci od severu k jihu. V chovech akvarijních ryb, které pocházely ze 4 kontinentů, nebyl zaznamenán vliv geografické oblasti na přítomnost genů pro rezistence k antibiotikům. V transportní vodě akvarijních ryb byl zaznamenán vysoký podíl baktérií nesoucích v genomu integrony 1. třídy. Mikrobiální složení vody po trasportu akvarijních ryb se sestávalo ze zástupců kmene Proteobacteria (48 %), Bacteroidetes (29,5 %), Firmicutes (17,8 %), Actinobacteria (2,1 %) a Fusobacteria (1,6 %). Korelační analýza mezi četností výskytu genů pro rezistence k antibiotikům a mikrobiálním zastoupením v transportní vodě akvarijních ryb ukázala, že hlavním rezervoárem genů sul1 sul2, tet(A), tet(B) tet(G), cat, cml, bla, strA, aacA, aph a aadA jsou zástupci Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae, Rhizobiaceae a Comamonadaceae (kmen Proteobacteria).

Abstract:

Gut microbiota composition has a great influence on the haelth of the macroorganism. In the firt part of this study we therefore concerned on the development of the gut microbiota composition of egg lying hens. Further we tried to modify a cecal microbiota composition on purpose to increase ability to resist to the infection of Salmonella Enteritidis. Natural cecal microbiota development could be dividend into 4 stages. In the first stage which lasts aproximatelly for one week dominate facultative anaerobes especially balonging to the family Enterobacteriaceae (phylum Proteobacteria). In second stage which lasts up to four weeks fully dominated Lachnospiraceae and Ruminococcaceae (phylum Firmicutes). In the third stage members phylum Firmicutes were substituted by members of phylum Bacteroidetes. Fourth stage was typical for equal numbers of members of Firmicutes and Bacteroidetes. Salmonella spp. is a source of a human salmonelosis and the main source are eggs and a chicken meat. In the next experiment we focused on the influence of inoculation of newly hatched chicken by cecal microbiota of 1, 3, 16, 28 and 42 weeks old hen to the infection of Salmonella Enteritidis after one week. Microbiota of the hens obtained from 3 weeks and older protected chicken against Salmonella Enteritidis infection. In the second part of this thesis we analysed microbiota as a source of antibiotic resistance genes. Antibiotics are used for a therapy of various infections in conventional farming system more often than in ecological. Despite this no differences in prevalence of antibiotic resistance genes in pig’s gut microbiota were detected. Also there were recorded no differences between microbiota among conventional and ecological animal production systems. However we observed extensive south/ north effect of decreasing the prevalence of antibiotic resistance genes among pig’s microbiota. Although ornamental fish tested in this study originated from 4 continents, no influence of geographical location on prevalence of antibiotic reisstance genes was observed. In ornamental fish carrige water samples high prevalence of class I integrons was recorded. Microbiota present in carrige water samples consisted of Proteobacteria (48 %), Bacteroidetes (29,5 %), Firmicutes (17,8 %), Actinobacteria (2,1 %) a Fusobacteria (1,6 %). Using correlation analysis between antibiotic resistance gene prevalence and microbiota composition verified by bacterial culture showed that major reservoirs of sul1 sul2, tet(A), tet(B) tet(G), cat, cml, bla, strA, aacA, aph and aadA could be found among representatives of Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae, Rhizobiaceae and Comamonadaceae (phyllum Proteobacteria) being those most positively associated with the tested antibiotic resistance genes.

Keywords

mikroflóra, slepé střevo, kuře, Salmonella Enteritidis, prase, akvarijní ryby, antibiotika

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 10. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 4. 11. 2016
• Supervisor: doc. RNDr. Ivan Rychlík, Ph.D.
• Reader: prof. MVDr. Alois Čížek, CSc., prof. RNDr. Jiří Doškař, CSc., prof. MVDr. Jiří Smola, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Microbiology