基于CRISPR序列的致泻性大肠埃希菌跨种传播风险机器学习模型构建

【目的】基于CRISPR序列信息应用机器学习模型预测致泻性大肠埃希菌感染人的潜在风险,并以此识别具有人兽共患风险的高危菌株。【方法】从Enterobase数据库批量获取806株中国分离的致泻性大肠埃希菌基因组序列信息,提取CRISPR位点的间隔序列构造特征,建立机器学习模型并使用交叉验证评价机器学习模型的预测效果。使用最佳模型输出致泻性大肠埃希菌的感染风险,并比较不同动物来源分离株对人的潜在感染风险。【结果】从806株菌株中共获取1093个间隔序列簇,人源分离株独有间隔序列簇为196个,动物源分离株独有间隔序列簇为291个,其中606个二者共享,线性判别分析发现人源和动物源菌株的间隔序列簇分布存在明显差异。以间隔序列簇作为特征,成功构建随机森林模型、逻辑斯谛回归模型、支持向量机模型和梯度提升树模型4种机器学习模型,其宿主预测准确率均超过0.82,受试者工作特征曲线下面积(area under receiver operating characteristic curve,AUC)值均接近0.9。最终确定随机森林模型的分类效果最佳,优化后模型预测准确率为0.844,AUC值为0.915。根据最佳模型输出的致泻性大肠埃希菌的感染风险,猪源分离株感染人的风险最高,羊源分离株感染人的风险较低,极少数禽源分离株可能具备感染人的潜力。【结论】基于间隔序列构建的机器学习模型对具有人兽共患风险的致泻性大肠埃希菌具备一定的识别能力,该模型为传染性疾病防控提供了新思路。

某市轨道交通空气微生物浓度及其影响因素

目的:调查某市地铁站空气微生物浓度及分布状况,并对其影响因素进行分析。方法:依据《公共场所卫生检验方法》,随机抽取该市的5个地铁站,对其空气微生物分布状况、温度、湿度、人流量进行调查,并对空气微生物种类进行鉴定分析。结果:站台、站厅、车厢细菌总数合格率均为100%,细菌总数分布表现为车厢、站厅>站台>地面。站台、站厅、车厢真菌总数合格率分别为72%、60%、50%,真菌总数分布表现为地铁内部(站台、站厅、车厢)菌落总数都大于地面。细菌总数、真菌总数与人流量的相关系数分别为0.719、0.344(P<0.05)。细菌中优势菌为葡萄球菌属,真菌中优势菌为曲霉菌属和青霉菌属。结论:该市地铁内部细菌污染程度较轻,但真菌污染程度较严重,且空气微生物浓度与人流量密切相关。

科研反哺教学在卫生微生物实验教学中的探索与实践

卫生微生物学实验课是预防医学专业本科生的必修实践课程,该课程应用性强,在公共卫生人才培养过程中具有重要地位。新医科建设背景下,将科研成果与科研思维培养融入卫生微生物实验教学是培养新时代高素质公共卫生应用型和复合型人才的有效策略。本研究开展了基于科研反哺教学的卫生微生物实验教学的探索与实践,旨在推动卫生微生物实验教学改革,为建设公共卫生体系,输送高质量人才提供基础。

郑州市空气中细菌含量及其变化规律研究

目的探究郑州市城区空气细菌含量、变化规律及其与空气中PM10浓度的关系,为户外活动人群提供指导。方法用六级筛孔撞击式空气微生物采样器分别于郑州市5个采样点处采集空气中细菌,采样后平皿在37℃下培养48 h后计数。结果郑州市城区3、4、5、6、7、8月份空气细菌含量变化范围在148~2 045 cfu/m3(cfu:菌落形成单位),月平均含量为686 cfu/m3。各个采样点空气细菌月平均含量(cfu/m3)分别为:河医大(974)、烟厂(832)、供水公司(647)、银行学校(520)、四十七中(457);同时,空气细菌含量呈现月份变化趋势。细菌含量与PM10浓度相关系数为0.40(P=0.028<0.05),呈现中等相关性。结论郑州市城区空气细菌含量呈现区域差异和月份变化趋势,与PM10呈现具有统计学差异的正相关。易感人群应注意防范,同时公众应注意预防大规模空气微生物感染的风险。

亚胺培南体外诱导大肠埃希菌MIC变化规律及相关耐药机制探讨

目的探讨亚胺培南(imipenem,IMP)体外诱导大肠埃希菌(Escherichia coli)耐药产生的变化规律及其相关的耐药机制。方法对2014年河南睢县某医院分离的全敏感E.coli用IMP进行体外浓度递增诱导,记录每个浓度下的诱导时间和诱导结束后的MIC值及其对应的累积时间,采用统计分析软件SPSS17.0对数据进行回归分析;采用改良Kirby-Bauer(K-B)纸片法测定诱导前后菌株对20种抗生素耐药谱的变化情况;采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增碳青霉烯酶类、β-内酰胺类等相关耐药基因并进行测序分析。结果体外诱导结束后菌株对IMP由敏感变为耐药。回归分析显示随着IMP诱导浓度的增加,诱导耐药时间延长,当浓度增加到一定数值时,诱导时间不再延长;回归分析显示,随着诱导浓度的增加或诱导时间的延长,MIC均逐渐增加,但两种情况下其增长率不同。诱导后的菌株对IMP耐药,对其他抗生素仍敏感,PCR扩增相关耐药基因均阴性。结论 IMP可诱导E.coli产生耐药,且随诱导浓度的增加诱导耐药时间先增加后达到平台期,而MIC持续增加。推测E.coli IMP耐药机制与某种特异靶位突变有关。

O26：H11及NM大肠埃希菌CRISPR的分子分布特征及其与stx噬菌体的关系

目的探讨026：H11及NM血清型大肠埃希菌中成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）的分子分布特征及其与stx噬菌体的关系。方法135株026：H11及NM血清型大肠埃希菌从NCBI数据库获取，利用CRT软件及CRISPRFinder提取CRISPR信息，并用Excel软件对间隔序列进行编号及分析CRISPR亚型，并分析CRISPR与stx噬菌体之间的关系。结果135株026：H11及NM血清型大肠埃希菌中均存在CRISPR结构，CRISPRl包括19个亚型，CRISPR2．1包括22个亚型，CRISPR2．2包括1个亚型，CRISPR3—4包括1个亚型。stx噬菌体在CRISPR群组C中出现，stx^＋菌株比stx^＋菌株拥有更多的间隔序列。结论CRISPR位点在026：H11或NM血清型大肠埃希菌中广泛存在，且存在着不同的亚型，stx噬菌体与CRISPR的分子分布特征有关，可能作为鉴定高毒菌株的分子靶标。

肺炎克雷伯菌中CRISPR调控耐药机制及其分布特征与分离地点的关系

目的了解呼吸道标本肺炎克雷伯菌中成簇规律间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)对耐药的调控机制,并分析其CRISPR分布特征与分离地点的关系。方法收集并提取120株肺炎克雷伯菌的基因组DNA,通过扩增CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)系统相关基因CRISPR 1、CRISPR 2来确定CRISPR阳性菌株。CRISPR阳性菌株的耐药表型用BD Phoenix-100细菌鉴定仪进行检测,利用CRISPR Target寻找间隔序列同源噬菌体或质粒,并在Center for Genomic Epidemiology上查找同源质粒或噬菌体的耐药信息并检测间隔序列所在菌株的耐药基因,分析两者携带耐药基因的关系。采用CRISPR Finder分析CRISPR并运用多序列比对分析间隔序列的一致性。结果CRISPR1、CRISPR2阳性率分别为12.50%和13.33%;间隔序列同源质粒与其所在菌株均携带共同的耐药基因,且菌株的耐药表型与其携带的耐药基因高度符合;相同地点菌株的CRISPR分布具有极高相似性。结论肺炎克雷伯菌通过将外来质粒的耐药基因片段整合到菌株的基因组中实现对菌株耐药性的调控;CRISPR中间隔序列的分布与菌株分离地点密切相关,为临床治疗和感染控制工作提供理论依据。

CTX-M-15型大肠埃希菌的分子分布特征及质粒传播规律研究

目的探讨CTX-M-15型大肠埃希菌的分子分布特征及质粒传播规律。方法 232株CTX-M-15型大肠埃希菌鸟枪法测序序列从GenBank数据库获取,利用CGE在线工具获得菌株的MLST分型、耐药基因及质粒类型信息,应用eBURST软件绘制MLST分型结果聚类图。结果 232株CTX-M-15型大肠埃希菌共检测出37个MLST型别,其中以ST131菌株检出率较高,为35.34%(82/232)。菌株中耐药基因数目为1~22个不等,出现耐药基因数目较多菌株的ST型别为ST131和ST617,其中blaOXA-1、aac(6')Ib-cr、aac(3)-II、aadA、mph(A)等7种耐药基因在ST131菌株和非ST131菌株中的分布差异有统计学意义(P<0.05或P<0.01),且ST131菌株检出率高于非ST131菌株(P<0.05或P<0.01)。菌株中检测到blaOXA-48、blaKPC-2、blaNDM-1、blaCMY、blaVIM等其他类型的β-内酰胺类耐药基因,主要的β-内酰胺基因组合形式是blaTEM-1+blaCTX-M-15,而在ST131中主要的组合形式是blaOXA-1+blaCTX-M-15(32/82)。检测到的不相容性质粒的类型有9种,其中IncF型质粒的检出率较高,为95.26%(221/232),该质粒在ST131菌株中的检出率为98.78%(81/82)。菌株中IncF型复制子类型出现频率较高的是IncFIA+IncFIB+IncFII(83/232),在ST131菌株中上述复制子中检出率较高的是IncFIA+IncFII,为51.22%(42/82)。IncF型质粒经pMLST分型可获得59种型别,F36:A4:B1、F31:A4:B1、F48:A1:B49型质粒主要存在于ST131菌株和CC10克隆复合体中,而ST131菌株中主要的质粒类型是F2:A1:B-(38/82)。结论 CTX-M-15型耐药基因主要存在于ST131型别的大肠埃希菌株中,ST131菌株比其他菌株具有更强的适应能力,同种型别的质粒可以在亲缘关系相近的菌株之间传播。

基于不同方法的大肠埃希菌分型效果评价

目的评价并验证成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPRs)、血清学和多位点测序分型(MLST)方法对大肠埃希菌分型的效果。方法使用CRISPRsFinder分析大肠埃希菌全基因组序列的CRISPRs间隔序列,使用在线软件SeroTypeFinder和MLST获得血清型和序列型(ST);采用PCR扩增并分析349株大肠埃希菌CRISPRs,使用CRISPRs间隔序列预测血清型和ST,并比较血清学和MLST分型结果。结果将I-E型CRISPR/Cas、I-F型CRISPR/Cas和CRISPR3-4分别命名CT-Ⅰ、CT-Ⅱ和CT-Ⅲ。根据CRISPRs间隔序列构成和排列进一步进行分型,203株大肠埃希菌被分为79个CT型别,76个血清型和66个ST。CRISPRs分型的区分能力最强,辛普森指数为0.936。CRISPRs和血清学的关联程度最高,调整兰德指数为0.908。CRISPRs型能进一步区分相同血清或ST产志贺毒素的大肠埃希菌[O157∶H7(ST11)、O104∶H4(ST678)和O26∶H11(ST21)]菌株。扩增实验室菌株的CRISPR1、CRISPR2、CRISPR3、CRISPR4和CRISPR3-4,检出率分别为81.1%、94.5%、1.4%、1.4%和4.6%;根据CRISPRs间隔序列预测O157∶H7(ST11)和ST131准确率分别为95.0%和100.0%。结论基于CRISPRs的大肠埃希菌的分子分型方法呈现较好的分型效果和临床应用效果,预期可以成为大肠埃希菌分型的重要分子标志物。