コリバクチン、細胞質膨張毒素、および実験室ラットの細胞毒性壊死因子をコードする遺伝毒性大腸菌株

多くの大腸菌株は哺乳類の共生と見なされていますが、シクロモジュリンの遺伝子毒素をコードする株は、泌尿生殖器および胃腸管、髄膜炎、炎症性疾患の臨床的および無症状疾患に関連しています。これらの遺伝子毒素には、ポリケチドシンターゼ（PK）病原性島、細胞視聴性距離毒素（CDT）、およびヘモリシン関連の細胞毒性壊死因子（CNF）が含まれます。大腸菌株は、学術施設またはベンダー施設のSPF条件下で収容されているげっ歯類から除外されません。この研究は、4つの学術機関と3つのベンダーから入手した実験用ラットから、ジェノトキシンをエンコードする大腸菌を分離および特徴づけました。合計69個の異なる大腸菌分離株は、糞便、直腸スワブ、ナレス、または52匹のラットの膣スワブから培養され、生化学的に特徴付けられました。シクロモジュリン遺伝子および門角のPCR分析は、69個の分離株すべてで実施されました。69個の分離株のうち、45個（65％）がPKSで陽性であり、20/69（29％）はCDTで陽性であり、4（6％）はCNFで陽性でした。コリバクチンは、45 pks+分離株のうち21（47％）で同定された唯一の遺伝子毒素でしたが、CDTまたはCNFも残りの24個の分離株（53％）に存在していました。CDTとCNFは、PKSを使用せずに存在することはありませんでした。すべてのジェノトキシン関連株は、病原体関連門節B2のメンバーでした。Fisher Exactおよびχ²のテストは、ベンダーに関するジェノトキシンの有病率とAPIコード分布の有意差を示しました。選択した大腸菌分離株は、in vitro細胞毒性アッセイ、血清型、および全ゲノム配列決定によって特徴付けられました。シクロモジュリンをコードするすべての分離株は、巨石症を誘発しました。血清型は、ベンダーの起源とシクロモジュリンの組成に対応し、CNF+血清型は既知のヒトウロパソゲンを表しています。全ゲノムシーケンスにより、完全なPK、CDT、およびヘモリシン-CNFの病原性島の存在が確認されました。これらの発見は、複数の商業ベンダーおよび学術機関からのジェノトキシンをエンコードする大腸菌コロニー化臨床ラットをコロニー化し、臨床疾患に寄与し、交絡変数を実験的ラットモデルに導入する可能性を示唆していることを示しています。

Although many Escherichia coli strains are considered commensals in mammals, strains encoding the cyclomodulin genotoxins are associated with clinical and subclinical disease in the urogenital and gastrointestinal tracts, meningitis, and inflammatory disorders. These genotoxins include the polyketide synthase (pks) pathogenicity island, cytolethal distending toxin (cdt), and hemolysin-associated cytotoxic necrotizing factor (cnf). E. coli strains are not excluded from rodents housed under SPF conditions in academic or vendor facilities. This study isolated and characterized genotoxin-encoding E. coli from laboratory rats obtained from 4 academic institutions and 3 vendors. A total of 69 distinct E. coli isolates were cultured from feces, rectal swab, nares, or vaginal swab of 52 rats and characterized biochemically. PCR analysis for cyclomodulin genes and phylogroup was performed on all 69 isolates. Of the 69 isolates, 45 (65%) were positive for pks, 20/69 (29%) were positive for cdt, and 4 (6%) were positive for cnf. Colibactin was the sole genotoxin identified in 21 of 45 pks+ isolates (47%), whereas cdt or cnf was also present in the remaining 24 isolates (53%); cdt and cnf were never present together or without pks. All genotoxin-associated strains were members of pathogen-associated phylogroup B2. Fisher exact and χ² tests demonstrated significant differences in genotoxin prevalence and API code distribution with regard to vendor. Select E. coli isolates were characterized by HeLa cell in vitro cytotoxicity assays, serotyped, and whole-genome sequenced. All isolates encoding cyclomodulins induced megalocytosis. Serotypes corresponded with vendor origin and cyclomodulin composition, with the cnf+ serotype representing a known human uropathogen. Whole-genome sequencing confirmed the presence of complete pks, cdt, and hemolysin-cnf pathogenicity islands. These findings indicate that genotoxin-encoding E. coli colonize laboratory rats from multiple commercial vendors and academic institutions and suggest the potential to contribute to clinical disease and introduce confounding variables into experimental rat models.