MDR細菌のクローン拡散のプロキシとしてのプラスミドの光学マップ：農村エチオピアの病院での発生の事例研究

目的：MDRバクテリアは、世界中で一般的な健康脅威になっています。ここでは、光学DNAマッピング（ODM）を、細菌クローンと遺伝子要素の院内拡散を追跡する迅速な方法として使用することを目指しました。この方法は、MDR制御にとって極めて重要なツールになる可能性があると考えています。 方法：3つの異なる病棟からのST410の24個の大腸菌サンプルをエチオピアの病院で収集し、そのプラスミドをODMによって分析しました。プラスミドは、抗生物質耐性遺伝子を標的とするCAS9で特異的に消化し、競合結合によって染色され、イメージングのためにナノチャネルに閉じ込められました。各プラスミドの得られた強度プロファイル（バーコード）を比較して、耐性細菌の潜在的なクローン拡散を特定しました。 結果：ODMは、患者の大部分が同じ起源のプラスミドを伴い、ESBL遺伝子BlactX-M-15を運んでクローンの拡散を示唆していることを実証しました。結果は、コアゲノム（CG）MLSTデータと完全に相関しており、同じプラスミドを持つ細菌も非常に類似したCGMLSTプロファイルを持っていました。 結論：ODMは、プラスミドと抗生物質耐性遺伝子を特定するための迅速な差別的方法です。短期間の次世代シーケンスに挑戦する長距離の削除/挿入は、細菌のクローン広がりを追跡するために簡単に識別し、使用できます。プラスミドタイピングは、MDR細菌のクローン拡散を識別するための有用なツールになる可能性があることを提案します。さらに、この方法の単純さにより、低所得国と中所得国での将来の可能性のあるアプリケーションが可能になります。

OBJECTIVES: MDR bacteria have become a prevailing health threat worldwide. We here aimed to use optical DNA mapping (ODM) as a rapid method to trace nosocomial spread of bacterial clones and gene elements. We believe that this method has the potential to be a tool of pivotal importance for MDR control. METHODS: Twenty-four Escherichia coli samples of ST410 from three different wards were collected at an Ethiopian hospital and their plasmids were analysed by ODM. Plasmids were specifically digested with Cas9 targeting the antibiotic resistance genes, stained by competitive binding and confined in nanochannels for imaging. The resulting intensity profiles (barcodes) for each plasmid were compared to identify potential clonal spread of resistant bacteria. RESULTS: ODM demonstrated that a large fraction of the patients carried bacteria with a plasmid of the same origin, carrying the ESBL gene blaCTX-M-15, suggesting clonal spread. The results correlate perfectly with core genome (cg)MLST data, where bacteria with the same plasmid also had very similar cgMLST profiles. CONCLUSIONS: ODM is a rapid discriminatory method for identifying plasmids and antibiotic resistance genes. Long-range deletions/insertions, which are challenging for short-read next-generation sequencing, can be easily identified and used to trace bacterial clonal spread. We propose that plasmid typing can be a useful tool to identify clonal spread of MDR bacteria. Furthermore, the simplicity of the method enables possible future application in low- and middle-income countries.