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Isolation, identification, and antimicrobial resistance analysis of Elizabethkingia meningoseptica pathogens derived from Pelophylax nigromaculatus

  • YE Caiyan
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  • Meishan Vocational & Technical College, Meishan 620010, China

Received date: 2024-12-09

  Online published: 2025-06-16

Abstract

To isolate and identify the pathogenic bacteria causing disease and mortality in Pelophylax nigromaculatus, this study observed the lesions and histopathological changes in the Pelophylax nigromaculatus, performed bacterial isolation and identification from the affected tissues, and conducted antimicrobial susceptibility testing on the isolated bacteria, including detection of resistance genes. The results indicated that the diseased Pelophylax nigromaculatus exhibited head tilt compared to normal Pelophylax nigromaculatus, redness in the hind limb muscles, protruding and cloudy eyes, increased cerebrospinal fluid, and upon dissection, congested and enlarged lungs, suspected to be symptoms of frog meningitis. Histopathological examination revealed infiltration of red blood cells in the eyeballs, increased red blood cells and glial cells in the cerebral cortex, as well as hemorrhaging in lung tissues, among other phenomena. The pathogen isolated from the lesioned tissues was identified as a Gram-negative short bacillus, confirmed to be Elizabethkingia meningoseptica. This strain showed sensitivity to eight antibiotics, including mefoxin, intermediate sensitivity to novobiocin, and resistance to 11 antibiotics, including gentamicin. Antimicrobial peptide T5 (pleurocidin) exhibited the largest inhibition zone (13 mm), indicating strong antibacterial activity. The strain carried the resistance gene blaB. This study provides a reference for the control of Elizabethkingia meningoseptica infections.

Cite this article

YE Caiyan . Isolation, identification, and antimicrobial resistance analysis of Elizabethkingia meningoseptica pathogens derived from Pelophylax nigromaculatus[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(11) : 91 -95 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.11.020

脑膜炎败血伊丽莎白菌(Elizabethkingia meningoseptica)为黄杆菌科(Flavobacteriaceae)、伊丽莎白菌属(Elizabethkingia[1],在自然环境(淡水、海水和土壤)中分布较广泛。感染E. meningoseptica可能导致新生儿脑膜炎、成人败血症等[2-4]。Xie等[5]和Ransangan等[6]在牛蛙中检测到E. meningoseptica,对两栖动物产业造成了一定的经济损失[5-6]。该菌对β-内酰胺类抗生素具有较高的抗性,这与菌株携带β-内酰胺酶(MBL)家族基因(blaBblaGOB)有关[7],Colapietro等[8]研究发现,携带MBL基因的菌株可通过产金属MBL的方式发挥抗β-内酰胺类抗生素的作用。黑斑蛙具有捕食害虫的能力和药用价值[9]。本研究对某黑斑蛙养殖场流行性疾病进行调查,检验其主要病原体,并检测了该菌株的耐药基因以及抗菌药物敏感性,为其临床防控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

病蛙为湖南岳阳某养殖场自然发病黑斑蛙,用于采集病料和致病菌分离培养。BHI培养基购自海博生物技术有限公司;药敏试纸购自杭州天和微生物试剂有限公司;细菌基因组 DNA 提取试剂盒和DL 2 000DNA Maker和DL 1 000DNA Maker购自宝生物工程(大连)有限公司;PCR及相关试剂购自成都擎科梓熙生物技术有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 发病情况调查及临床病变观察

2024年8月,某黑斑蛙养殖场发生了流行性疾病,现场选取了该发病区2个养殖户的患病蛙,剖检濒死且具有典型症状的患病蛙各5只,正常蛙3只。对患病蛙的临床病变进行解剖观察,采集组织用于实验室病原分离鉴定和病理组织学观察。

1.2.2 病理组织学观察

采集自然发病蛙的肺脏、肾脏、脾脏、脑、眼及肌肉等组织,置于盛有10%中性福尔马林固定液的样品瓶中,做好样品标记,24 h后更换一次固定液,石蜡包埋切片,苏木素伊红(HE)染色,树胶封片,采用Nikon55i显微镜镜检观察组织病变,拍照。

1.2.3 细菌分离纯化

(1)细菌接种。对病蛙进行体表消毒,灼烧剪刀和镊子,进行无菌剖检,对内脏表面进行灭菌处理,用剪刀在器官表面划一小口,用灼烧冷却后的接菌环穿刺病灶较为明显的内脏组织,以分区划线的方法接种于BHI琼脂培养基,记录被检材料及日期,24 h内带回实验室,在28 ℃温箱中有氧培养18~24 h,观察菌落生长情况。(2)培养纯化。分别挑取各组平板上疑似菌落,革兰氏染色观察细菌形态及纯度,并采用分区划线的方法接种于BHI培养基,在28 ℃温箱中有氧培养18~24 h,直至得到纯的病原菌,纯化菌株用甘油保存。

1.2.4 细菌鉴定

接种环挑取纯化的细菌菌落,无菌接种于BHI液体培养基,于28 ℃培养箱中,150 r/min振荡培养18~24 h。取扩大培养的菌液2 mL,采用细菌基因组 DNA 提取试剂盒提取细菌基因组DNA,以此为模板,采用细菌16 S rDNA和gyrB基因通用引物进行PCR扩增。25 μL PCR反应体系:Premix 12.5 μL,上下游引物各1.0 μL,模板DNA 2.0 μL,ddH2O 8.5 μL。PCR循环参数设置:94 ℃,预变性5 min;94 ℃ 1 min,56 ℃ 1 min,72 ℃ 1.5 min,循环扩增30次;72 ℃,延伸10 min。以1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,将预期片段PCR产物送成都擎科梓熙生物技术有限公司测序。将所测得的序列在NCBI网站中进行对比,构建系统进化树,确定菌株分类和进化地位。
表1 细菌16S rDNA和gyrB基因通用引物
引物名称 序列(5’—3’) 退火温度/℃ 预期大小/bp
16S-F AGAGTTTGATCCTGGCTCAG 56 1 500
16S-R TACGGCTACCTTGTTACGAC
gyrB-F

GAAGTCATCATGACCGTTCTGCAY

GCNGGNGGNAARTTYGA

56 1 200
gyrB-R

AGCAGGGTACGGATGTGCGAGCC

RTCNACRTCNGCRTCNGTCAT

1.2.5 药敏试验

(1)药敏纸片扩散法。选用庆大霉素、卡那霉素等20种药物,采用划线法对分离的细菌进行药敏试验。在无菌操作台内,分别挑取病蛙体内分离的细菌接种于新的BHI平板,贴上药敏纸片,28 ℃培养18~24 h后观察并测量抑菌圈直径,根据药敏纸片抑菌范围确定药物敏感情况。(2)牛津杯法。选取5份抗菌肽样品,分别编号T1(太轻松W)、T2(太轻松)、T3(常康健)、T4(多肽菌素)、T5(富利肽),常温保存于实验室。精确称取上述5份样品1 g,加入10 mL灭菌水,轻轻混合,置于摇床30 ℃,150 r/min振荡溶解30 min。10 000 r/min离心3 min,在超净台内用无菌注射器吸取适量上清液,0.22 μm滤膜过滤,制得母液0.1 g/mL。在BHI平板上加入200 μL对数期菌液涂板,置于无菌牛津杯,向牛津杯中加入样品200 μL,阴性对照加入200 μL灭菌水,盖上陶瓦盖,于28 ℃培养箱中静置过夜,第二天测量抑菌圈。

1.2.6 耐药基因检测

以病原菌基因组DNA为模板,采用文献[10]报道的特定引物检测blaB耐药基因,阴性对照为蒸馏水。blaB的通用引物为F:5’-TAAATATGCCGCTAATGC-3’;R:5’-CCCCAGGTCTTTTGAATC-3’,PCR扩增体系(25 μL):2×Taq MasterMix 12.5 μL,10 μmol/L的上下游引物各1 μL,模板DNA 2 μL,加灭菌超纯水定容至25 μL。PCR反应条件为:94 ℃ 5 min;94 ℃ 30 s,48 ℃ 40 s,72 ℃ 40 s,30个循环;72 ℃,延伸 5 min。取5 μL扩增产物,经10 g/L琼脂糖凝胶电泳后于凝胶成像系统观察 PCR 扩增结果,PCR扩增产物由成都擎科梓熙生物有限公司测序。

2 结果与分析

2.1 发病情况调查与临床病变观察

图1可知,患病蛙表现为头部较正常蛙偏斜,后肢肌肉发红,眼球突出、浑浊;脑积液增多、解剖见肺部充血肿大。初步诊断,该患病蛙有疑似蛙脑膜炎的症状。
图1 患病蛙的临床病变情况

(A)、(B)分别为头部和后肢病变; (C)、(D)为眼部病变;(E)、(F)为解剖图。

2.2 病理组织学观察

图2可知,患病蛙眼球被红细胞浸润;脑皮质区红细胞增多、胶质细胞增多;肺组织有出血现象;脾窦扩张;肾小体毛细血管球坏死溶解、肾小囊壁层上皮细胞坏死,仅留下轮廓结构;骨骼肌显示有变性和坏死现象。
图2 病理组织学观察

(A)~(F)分别为眼球、脑、肺、脾、肾、骨骼肌组织。

2.3 细菌分离与培养

通过观察可知,所有接种部位均有淡黄色菌落生长,且其菌落形态相似,菌落大小1~2 mm,边缘光滑,表面湿润,隆起。将平板上的菌落挑取少许均匀涂于载玻片上,自然干燥后革兰氏染色观察,为革兰氏阴性短杆菌(图3)。
图3 患病黑斑蛙体内分离菌的革兰氏染色

2.4 细菌鉴定

由图4可知,利用16S rDNA和gyrB通用引物进行PCR扩增,扩增出约1 500 bp(16S rDNA基因)和1 200 bp(gyrB基因)的目的条带,经BlastN程序进行序列比对,本次分离得到的病原菌为蛙脑膜炎败血伊丽莎白菌(Elizabethkingia meningoseptica)。
图4 分离细菌16S rDNA和gyrB的PCR扩增

M为DL 2 000 Marker;1为1号黑斑蛙脑中分离病原菌的gyrB扩增;2为2号黑斑蛙脑中分离病原菌的gyrB 扩增;3为1号黑斑蛙脑中分离病原菌的16S rDNA扩增;4为2号黑斑蛙脑中分离病原菌的16S rDNA扩增。

2.5 药敏试验结果

表2可知,各抗菌药物的抑菌圈在0~31 mm;根据药敏纸片说明书判断,分离菌株对8种药物敏感,分别为头孢西丁(美福仙)、阿米卡星、链霉素、多西霉素、阿奇霉素、麦迪霉素、氟苯尼考和利福平;对新生霉素中度敏感;对其余抗生素表现为耐药。由表3可知,抗菌肽样本抑菌圈直径由大到小依次为T5>T2>阴性对照>T1=T3=T4,T5抑菌圈直径最大,为13 mm。
表2 病原菌药敏试验结果
抗菌药物名称 药敏纸片含量/(μg/片) 抑菌圈大小/mm

敏感

程度

头孢西丁(美福仙) 30 26 S
阿米卡星 30 18 S
卡那霉素 30 0 R
庆大霉素 10 0 R
链霉素 10 15 S
新霉素 30 0 R
四环素 30 0 R
多西霉素 30 18 S
阿奇霉素 15 28 S
麦迪霉素 30 22 S
氟苯尼考 30 31 S
多黏菌素B 300 IU 0 R
两性霉素B 30 0 R
诺氟沙星 5 0 R
氧氟沙星 5 0 R
洛美沙星 10 0 R
磺胺异 300 IU 0 R
复方磺胺甲 23.75/1.25 0 R
新生霉素 30 12 I
利福平 5 25 S

注:R表示耐药;I表示中度敏感;S表示敏感。

表3 病原菌抗菌肽试验结果
抗菌肽样本 抑菌圈直径/mm
T1 7
T2 10
T3 7
T4 7
T5 13
阴性对照 8

2.6 耐药基因检测结果

图5可知,在427 bp处检测到blaB基因条带,表明该分离株携带耐药基因 blaB
图5 blaB基因PCR扩增结果

M为DL 1 000 Marker;1为阴性对照;2~3为blaB基因。

3 结论与讨论

本研究从黑斑蛙脑组织、脾脏中分离出病原菌,形态学和分子鉴定为脑膜炎败血伊丽莎白菌,药敏试验显示该菌对多种抗菌药具有耐药性,耐药基因blaB检测为阳性,这可能是此次黑斑蛙感染后使用抗生素几乎无效的原因。抗菌肽作为替抗绿色产品,可减少抗生素的使用,本次抑菌试验筛选出有效抗菌肽T5(富利肽),但其对黑斑蛙的安全性和临床应用有待进一步研究。本研究发现,患病蛙肾组织、肺组织等组织内充满大量红细胞,两栖类动物的红细胞具有吞噬功能和免疫活性;脑胶质细胞明显增多,说明脑组织受到了细菌的侵染,细菌能通过血脑屏障引起黑斑蛙斜颈和在水中狂游打转的神经症状。目前,关于该菌是如何侵入大脑的相关研究较少,本研究表明,以蛙为模型研究该菌的致病机制具有一定的可行性。
综上,本研究对某养殖场的患病蛙进行解剖观察,患病蛙眼球、脑组织、肾脏等组织均有一定的损伤,从内脏组织中分离出病原菌,鉴定为脑膜炎败血伊丽莎白菌;该菌对庆大霉素等11种抗生素表现为耐药,抗菌肽T5(富利肽)对该病原菌表现出较佳的抑菌性。研究为脑膜炎败血伊丽莎白菌的临床防控提供参考,也为利用蛙类感染模型深入研究该菌的致病机制奠定了基础。
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