DOI: https://doi.org/10.1186/s12879-024-09921-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39472798
تاريخ النشر: 2024-10-30
المؤلف: Songül Ötkün وآخرون
الموضوع الرئيسي: بروسيلا: التشخيص، الوبائيات، العلاج
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة التنوع الجيني لعزلات بروسلا من مناطق مختلفة في تركيا، مع التركيز على آثارها على الصحة العامة والطب البيطري. تم تحديد 23 عزلة، بما في ذلك 21 من المجترات و2 من البشر، وتم تصنيفها باستخدام طرق الميكروبيولوجيا التقليدية، تلتها تسلسل الجينوم الكامل. أظهر التحليل النشوي القائم على تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) أن جميع سلالات بروسلا ميلتينس تنتمي إلى النوع الفرعي IIb من النمط الجيني II، بينما تم تجميع عزلات ب. أبورتوس في المجموعة C1. حددت الدراسة أقصى فرق SNP يبلغ 278 بين أنماط ب. ميلتينس و316 بين أنماط ب. أبورتوس، مع كون الأنماط السائدة هي ST8 لب. ميلتينس وST2 لب. أبورتوس.
بالإضافة إلى ذلك، أشار تحليل جينات الفوعة إلى وجود 43 منطقة مرتبطة بالفوعة عبر جميع السلالات، بغض النظر عن النوع أو المضيف. على الرغم من عدم اكتشاف جينات مقاومة مضادات الميكروبات التقليدية، لوحظت مقاومة ظاهرة في كلا النوعين ضد الأزيثروميسين، والريفامبين، والتراميثوبريم/سلفاميثوكسازول. تؤكد النتائج على تداول كل من ب. ميلتينس وب. أبورتوس في الحيوانات والبشر في تركيا، مما يوفر بيانات وبائية حاسمة يمكن أن تُعلم جهود المراقبة وتسهّل المقارنات مع الدول المجاورة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التهديد الكبير للصحة العامة وصحة الحيوان الذي تشكله داء البروسيلات، وهو مرض حيواني مهمل مع أكثر من 2 مليون حالة مُبلغ عنها سنويًا في جميع أنحاء العالم. على الرغم من كونه قابلًا للإبلاغ، إلا أن الحدوث الفعلي من المحتمل أن يكون أعلى بسبب الأعراض السريرية غير المحددة وانخفاض خطر انتقال العدوى من إنسان إلى إنسان. في تركيا، يعتبر داء البروسيلات متوطنًا، يؤثر على كل من البشر والحيوانات، مما يستلزم نهج الصحة الواحدة من أجل السيطرة الفعالة من خلال دراسات متعددة التخصصات. تشمل العوامل المسببة الرئيسية *بروسلا ميلتينس*، *بروسلا أبورتوس*، و*بروسلا سوي*، كل منها مرتبط بمضيفين حيوانيين محددين وأنماط حيوية، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة.
تؤكد الورقة على أهمية طرق التشخيص المتقدمة التي تتجاوز الاختبارات البكتريولوجية والمصلية التقليدية، والتي تعتبر غير كافية لفهم العلاقات الجينية بين الأنماط الجينية المتداولة من *بروسلا*. تعتبر تقنيات مثل تحليل تكرار الأعداد المتغيرة متعددة المواقع (MLVA)، وتصنيف تسلسل المواقع المتعددة (MLST)، وتسلسل الجينوم الكامل (WGS) ضرورية لتوضيح التنوع الجيني، وتتبع مصادر العدوى، وتقييم التوزيع العالمي. يوفر تسلسل الجينوم الكامل، على وجه الخصوص، رؤى شاملة حول تطور العوامل الممرضة، والفوعة، وجينات المقاومة، مدعومًا بالتقدم في تسلسل الجيل التالي والمعلوماتية الحيوية. تهدف الدراسة إلى إجراء تحليل WGS لأنواع *بروسلا* من مناطق مختلفة في تركيا، مع التركيز على العلاقات النشوية، وتحليل جينات الفوعة والمقاومة، والتقييمات الظاهرية لمقاومة مضادات الميكروبات وحساسية الفيروسات.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، أدوات، أو تقنيات، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. كما يصف القسم معايير اختيار العينات، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية المطبقة لتفسير النتائج.
قد تشمل المنهجيات الرئيسية التحليلات الإحصائية، والضوابط التجريبية، وأي نماذج حسابية تم استخدامها لدعم النتائج. تعتبر دقة هذه الطرق حاسمة للتحقق من استنتاجات الدراسة وضمان أن النتائج موثوقة وقابلة للتطبيق في سياقات أوسع. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس لفهم دقة البحث العلمي وصلاحية نتائجه.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى تمييز واضح في تحديد أنواع بروسلا بناءً على مصدر المضيف، حيث تم تحديد العزلات من المجترات الكبيرة على أنها *ب. أبورتوس* وتلك من المجترات الصغيرة والبشر على أنها *ب. ميلتينس*. أظهر تصنيف 12 عزلة من *ب. أبورتوس* أن 11 منها تنتمي إلى النمط الحيوي 3، بينما تم تصنيف عزلة واحدة من ديار بكر على أنها النمط الحيوي 9. بالمقابل، من بين 11 عزلة من *ب. ميلتينس*، تم تحديد 9 على أنها النمط الحيوي 3، مع تصنيف واحدة لكل من النمط الحيوي 1 والنمط الحيوي 2. من الجدير بالذكر أن أربع عزلات من *ب. ميلتينس* من النمط الحيوي 3 كانت حساسة للبنسلين، بينما تم تحديد عزلة واحدة من الأغنام على أنها حساسة لصبغة السافرانين من النمط الحيوي 1.
أكد التحليل الإضافي تحديد الأنواع من خلال PCR، حيث كانت جميع عزلات *ب. أبورتوس* من الماشية وعزلات *ب. ميلتينس* من المجترات الصغيرة والبشر. أظهرت اختبارات حساسية الفيروسات أن جميع عزلات *ب. ميلتينس* تم تدميرها بواسطة Izatnagar Φ، بينما أظهرت عزلات *ب. أبورتوس* تدميرًا كاملًا مع معظم الفيروسات المختبرة، باستثناء R/C Φ. أظهر اختبار مضاد الحيوية أن كلا من عزلات *ب. ميلتينس* و*ب. أبورتوس* كانت حساسة بنسبة 100% للدوكسي سيكلين والجنتاميسين، لكنها أظهرت مقاومة عالية للأزيثروميسين (100% لـ *ب. ميلتينس* و91.66% لـ *ب. أبورتوس*). بالإضافة إلى ذلك، لوحظت مقاومة للريفامبين في 45.45% من عزلات *ب. ميلتينس* و58.3% من عزلات *ب. أبورتوس*، مع معدلات مقاومة متغيرة للتراميثوبريم/سلفاميثوكسازول.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحليل 23 عزلة من بروسلا من مضيفين مختلفين، بما في ذلك الماشية والأغنام والبشر، باستخدام تسلسل الجينوم الكامل (WGS) لاستكشاف تنوعها الجيني وملفات مقاومة مضادات الميكروبات. تم تحديد العزلات من خلال مجموعة من الاختبارات الظاهرية، وتصنيف الأنماط الحيوية، وPCR المتعدد، مع الكشف اللاحق عن أن جميع عزلات ب. ميلتينس تنتمي إلى سلالة البحر الأبيض المتوسط الشرقية، وتحديدًا النمط الجيني الفرعي IIb. حدد التحليل تسع عزلات على أنها نوع تسلسل (ST) 8 واثنتين على أنها ST102. بالنسبة لب. أبورتوس، تم تصنيف 83.33% من العزلات على أنها ST2، مع تحديد اثنتين على أنها ST3، مما يشير إلى وجود كبير لهذه الأنماط الجينية في تركيا.
كما قامت الدراسة بتقييم مقاومة مضادات الميكروبات، حيث وجدت أنه بينما كانت جميع العزلات حساسة للدوكسي سيكلين والجنتاميسين، أظهر نسبة ملحوظة مقاومة للريفامبين والأزيثروميسين. من المهم أن نلاحظ أنه لم يتم اكتشاف أي جينات مقاومة تقليدية في الجينومات، مما يبرز فجوة محتملة في فهم الآليات وراء المقاومة الملحوظة. علاوة على ذلك، تم تحديد 43 جينًا مرتبطًا بالفوعة، مرتبطة بشكل أساسي بتخليق الليبوليكوساكاريد ونظام الإفراز من النوع الرابع، مع عدم وجود اختلافات كبيرة في توزيع جينات الفوعة عبر مضيفين مختلفين. تؤكد هذه النتائج على الحاجة إلى تعزيز المراقبة وتدابير السيطرة على داء البروسيلات في تركيا، خاصة بالنظر إلى التشابهات الجينية الملحوظة مع السلالات من المناطق المجاورة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12879-024-09921-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39472798
Publication Date: 2024-10-30
Author(s): Songül Ötkün et al.
Primary Topic: Brucella: diagnosis, epidemiology, treatment
Overview
This study investigates the genetic diversity of Brucella spp. isolates from various regions in Türkiye, focusing on their implications for public health and veterinary medicine. A total of 23 isolates, including 21 from ruminants and 2 from humans, were identified and biotyped using traditional microbiological methods, followed by whole-genome sequencing (WGS). Phylogenetic analysis based on single nucleotide polymorphisms (SNPs) revealed that all Brucella melitensis strains belonged to the IIb subtype of genotype II, while B. abortus isolates were grouped in clade C1. The study identified a maximum SNP difference of 278 among B. melitensis genotypes and 316 among B. abortus genotypes, with dominant genotypes being ST8 for B. melitensis and ST2 for B. abortus.
Additionally, the analysis of virulence genes indicated the presence of 43 virulence-associated regions across all strains, regardless of species or host. Although classical antimicrobial resistance genes were not detected, phenotypic resistance was observed in both species against azithromycin, rifampin, and trimethoprim/sulfamethoxazole. The findings underscore the circulation of both B. melitensis and B. abortus in animals and humans in Türkiye, providing critical epidemiological data that can inform monitoring efforts and facilitate comparisons with neighboring countries.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant public and animal health threat posed by brucellosis, a neglected zoonotic disease with over 2 million reported cases annually worldwide. Despite being notifiable, the actual incidence is likely higher due to nonspecific clinical symptoms and the low risk of human-to-human transmission. In Türkiye, brucellosis is endemic, affecting both humans and animals, necessitating a One Health approach for effective control through multidisciplinary studies. The primary causative agents include *Brucella melitensis*, *Brucella abortus*, and *Brucella suis*, each associated with specific animal hosts and biotypes, leading to substantial economic losses.
The paper emphasizes the importance of advanced diagnostic methods beyond traditional bacteriological and serological tests, which are inadequate for understanding the genetic relationships among circulating *Brucella* genotypes. Techniques such as multiple-locus variable number tandem repeat analysis (MLVA), multilocus sequence typing (MLST), and whole-genome sequencing (WGS) are crucial for elucidating genetic diversity, tracking infection sources, and assessing global distribution. WGS, in particular, offers comprehensive insights into pathogen evolution, virulence, and resistance genes, facilitated by advancements in next-generation sequencing and bioinformatics. The study aims to conduct WGS analysis of *Brucella* species from various regions in Türkiye, focusing on phylogenetic relationships, virulence and resistance gene analysis, and phenotypic assessments of antimicrobial resistance and phage susceptibility.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, instruments, or technologies, as well as the protocols followed to ensure reproducibility. The section also describes the sample selection criteria, data collection techniques, and analytical methods applied to interpret the results.
Key methodologies may include statistical analyses, experimental controls, and any computational models utilized to support the findings. The rigor of these methods is critical for validating the study’s conclusions and ensuring that the results are both reliable and applicable to broader contexts. Overall, this section serves as a foundation for understanding the research’s scientific rigor and the validity of its outcomes.
Results
The results of the study indicate a clear distinction in the identification of Brucella species based on the host source, with isolates from large ruminants identified as *B. abortus* and those from small ruminants and humans as *B. melitensis*. Biotyping of 12 *B. abortus* isolates revealed that 11 belonged to biovar 3, while one isolate from Diyarbakır was classified as biovar 9. In contrast, among 11 *B. melitensis* isolates, 9 were identified as biovar 3, with one each classified as biovar 1 and biovar 2. Notably, four *B. melitensis* biovar 3 isolates were sensitive to penicillin, while one isolate from sheep was identified as safranin-sensitive biovar 1.
Further analysis confirmed the species identification through PCR, with all *B. abortus* isolates originating from cattle and the *B. melitensis* isolates from small ruminants and humans. Phage susceptibility tests showed that all *B. melitensis* isolates were lysed by Izatnagar Φ, while *B. abortus* isolates exhibited full lysis with most tested phages, except for R/C Φ. Antibiogram testing revealed that both *B. melitensis* and *B. abortus* isolates were 100% sensitive to doxycycline and gentamicin, but exhibited high resistance to azithromycin (100% for *B. melitensis* and 91.66% for *B. abortus*). Additionally, resistance to rifampin was observed in 45.45% of *B. melitensis* and 58.3% of *B. abortus* isolates, with varying resistance rates to trimethoprim/sulfamethoxazole.
Discussion
In this study, 23 Brucella isolates from various hosts, including cattle, sheep, and humans, were analyzed using whole-genome sequencing (WGS) to explore their genetic diversity and antimicrobial resistance profiles. The isolates were identified through a combination of phenotypic tests, biotyping, and multiplex PCR, with subsequent WGS revealing that all B. melitensis isolates belonged to the Eastern Mediterranean lineage, specifically subgenotype IIb. The analysis identified nine isolates as sequence type (ST) 8 and two as ST102. For B. abortus, 83.33% of the isolates were classified as ST2, with two identified as ST3, indicating a significant presence of these genotypes in Türkiye.
The study also assessed antimicrobial resistance, finding that while all isolates were susceptible to doxycycline and gentamicin, a notable percentage exhibited resistance to rifampicin and azithromycin. Importantly, no classic resistance genes were detected in the genomes, highlighting a potential gap in understanding the mechanisms behind observed resistance. Furthermore, 43 virulence-associated genes were identified, primarily linked to lipopolysaccharide synthesis and the type IV secretion system, with no significant variation in virulence gene distribution across different hosts. These findings underscore the need for enhanced surveillance and control measures for brucellosis in Türkiye, particularly given the observed genetic similarities with strains from neighboring regions.