粵北地區仔豬腹瀉源大腸桿菌毒力基因檢測及致病性初步研究

南文金，黃健強，吳靜波，胡鴻惠，彭國良，肖正中

（1. 韶關學院動物疫病實驗室，廣東 韶關 512005；2. 粵北生豬生產及疫病防控協同創新發展中心，廣東 韶關 512005）

粵北地區仔豬腹瀉源大腸桿菌毒力基因檢測及致病性初步研究

南文金1，2，黃健強1，2，吳靜波1，2，胡鴻惠1，2，彭國良2，肖正中2

（1. 韶關學院動物疫病實驗室，廣東 韶關 512005；2. 粵北生豬生產及疫病防控協同創新發展中心，廣東 韶關 512005）

采用PCR方法對56株仔豬黃白痢源大腸桿菌腸毒素和耶爾森菌強毒力島（HPI）相關毒力因子STa、STb、LT和irp2進行檢測，進而根據毒力因子基因型對部分菌株進行致病性試驗。結果顯示，38株受試菌檢測到毒力因子，其中STa基因陽性率為3.57%，STb基因陽性率為53.57%，LT基因陽性率為7.14%，irp2基因陽性率為21.43%，檢測的毒力因子表現為5種基因型，主要的毒力因子基因型是STb和STb+irp2。致病性試驗顯示毒力基因陽性菌株均對小白鼠具有致病性。結果表明，粵北地區致仔豬黃白痢大腸桿菌流行的主要毒力因子為STb，其次為irp2、少數菌株攜帶STa和LT毒力因子，相關毒力基因檢測可以作為快速確定大腸桿菌致病性的重要依據。

大腸桿菌；腸毒素；強毒力島；毒力基因；致病性

Abstract：Enterotoxin virulence-related gene （STa，STb and LT） and HPI gene （irp2） of 56 strains of Escherichia coli isolated from piglets with diarrhea were detected by corresponding PCR，and part of strains were chosen according to virulence factors gene-type for animal pathogenicity test. The results showed that 38 strains had virulence genes，the positive rates of STa，STb，LT and irp2 genes respectively were 3.57%，53.57%，7.14% and 21.43%. There were 5 virulence factors genotypes，the major genotypes were STb and STb+irp2.The pathogenicity test showed that positive strains had pathogenicity to mice. In north Guangdong，the major virulence factors of pathogenic E. coli from diarrhea piglets were STa and irp2，a few strains carried STa and LT，some isolates expressed two virulence factors. Detection of virulence genes was an important reference for rapid determining pathogenicity of E. coli.

Key words：Escherichia coli；enterotoxin；high pathogenicity island；virulence genes；pathogenicity

大腸桿菌是一種重要人獸共患病原菌，原發或繼發感染致病性大腸桿菌引起的仔豬腹瀉（黃白痢）是養豬生產中常見的一種細菌性疾病［1］。大腸桿菌是一種條件性致病菌，常由陰冷潮濕、晝夜溫差大、轉群換料等環境和應激因素導致仔豬發病和死亡。大腸桿菌引起的仔豬腹瀉因發病日齡不同表現出不同的臨床癥狀和特點，仔豬黃痢主要發生在7日齡內新生仔豬，仔豬白痢主要發生在1周齡到斷奶哺乳仔豬［2］。豬場發生仔豬黃白痢，如果控制措施不科學及時，往往導致病原在分娩舍傳播，仔豬大批死亡。

產腸毒素大腸桿菌（Enterotoxigenic Escherichia coli，ETEC）是導致仔豬發生黃白痢的主要致病性大腸桿菌，ETEC主要毒力因子是菌毛和腸毒素，大腸桿菌通過菌毛在腸道組織上皮細胞定殖，定殖到腸道組織上皮細胞的大腸桿菌繁殖過程產生的腸毒素相關毒力因子（STa、STb和LT）是造成仔豬腹瀉直接原因［3-4］。此外，研究表明，攜帶HPI的大腸桿菌也是導致人和多種動物腹瀉重要毒力因子［5］。

為了解粵北地區仔豬黃白痢大腸桿菌主要毒力因子流行情況，豐富我國大腸桿菌分子流行病學資料，本試驗對分離自粵北地區疑似仔豬黃白痢病的致病性大腸桿菌進行毒力因子STa、STb、LT和irp2（HPI標志性基因）進行檢測，以期掌握粵北地區仔豬腹瀉源大腸桿菌毒力因子流行情況以及基因型，分析菌株致病性和毒力因子間關系，豐富有關豬源大腸桿菌分子流行病學資料，為該病的防控及新型疫苗研究方向提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

菌株：大腸桿菌參考菌株C83903（LT+、STb+），C83920（STa+）購自中國獸藥監察所，由韶關學院動物疫病實驗室保存，HPI+參考菌株為該實驗室經過測序鑒定的一株irp2基因陽性的豬源大腸桿菌；試驗用大腸桿菌為2015—2016年分離自粵北地區多個豬場疑似黃白痢病的仔豬糞便和腸道內容物中，經生化試驗和分子鑒定為大腸桿菌。

主要試劑：麥康凱培養基、營養肉湯為廣東環凱微生物科技有限公司產品；2×PCR Mix、DNA Marker為廣州東盛生物科技有限公司產品；瓊脂糖為sigma公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 引物序列 參照文獻［6-7］合成用于擴增大腸桿菌毒力基因STa、STb、LT和irp2的引物序列（表1），引物由寶生物工程（大連）有限公司合成。

表1 大腸桿菌毒力基因擴增引物序列

1.2.2 DNA 模版制備 參考菌株和試驗菌株接種于麥康凱培養基上，37℃ 培養過夜，挑取單個菌落接種于營養肉湯培養基中，37℃、180 r/min 搖床震蕩培養16 h，取培養物1.5 mL，10 000 r/min離心5 min，棄上清，加入0.2 mL滅菌去離子水用振蕩器重懸菌體，水中煮沸10min，12 000 r/min離心5 min，吸取上清于另一只滅菌的1.5 mL離心管中，-20℃冰箱中保存備用。

1.2.3 PCR反應條件優化 在20 μL的PCR反應體系中加入2×PCR Mix 10 μL，參考菌株DNA模版2 μL，10 pmol/μL的上下游引物各1 μL，超純水6 μL，對4對引物PCR擴增退火溫度進行優化試驗，確定最佳退火溫度。

1.2.4 毒力因子檢測 用優化后的PCR反應條件對56株試驗大腸桿菌STa、STb、LT和irp2等4種毒力因子進行擴增，PCR擴增產物用1.2%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測。

1.2.5 致病性試驗 選擇攜帶STa、STb、LT和irp2毒力因子基因型不同受試菌各一株，未檢測到毒力因子的受試菌中選擇3株來源不同豬場分離菌株，共計8個試驗菌株分別接種于營養肉湯中，37℃ 搖床震蕩培養到對數生長期（約8 h），取0.5 mL 培養菌液10 000 r/min離心5 min，棄上清，加入滅菌生理鹽水重懸菌體，離心棄上清，反復3次，最后用0.5 mL生理鹽水稀釋菌體，腹腔接種健康昆明小鼠，每一個菌株同時接種3只小鼠，另設生理鹽水對照，每組處理分籠飼養在相同環境中。

2 結果與分析

2.1 腸毒素相關毒力因子檢測

運用PCR方法對56株試驗大腸桿菌腸毒素毒力因子STa、STb、LT基因分別進行擴增，PCR產物凝膠電泳檢測結果顯示，STa基因陽性菌2株，STb基因陽性菌30株，LT基因陽性菌4株，占受試菌株的比例分別為3.57%、53.57%、7.14%（圖1）。檢測結果表明在粵北地區仔豬黃白痢源大腸桿菌主要流行腸毒素毒力因子為STb，僅少數菌株攜帶STa、LT基因。

圖 1 STa基因、STb基因和PLT基因CR擴增

2.2 強毒力島檢測

運用PCR方法對56株試驗菌株HPI標志基因irp2進行擴增，PCR產物凝膠電泳檢測結果顯示，有12株試驗菌株為陽性，占受試菌株的21.43%（圖2）。檢測結果表明，HPI陽性菌株在仔豬黃白痢源大腸桿菌中也占有一定比例，應加強對該類菌株對仔豬危害性研究與評估。

2.3 毒力因子基因型

圖2 irp2基因PCR擴增

56株試驗菌株中有38株為ETEC或HPI毒力基因陽性菌株，將陽性菌株按攜帶STa、STb、LT和irp2等4種毒力因子種類進行分類，共組成5種毒力基因型，為單獨攜帶一種毒力因子或同時攜帶兩種毒力因子，其中以僅攜帶STb毒力基因的為主要毒力基因型，其次為STb+irp2基因型（表2）。基因型結果分析表明，ETEC和HPI毒力基因陽性菌株雖然組成5種毒力基因型，但攜帶單一毒力因子占菌株數量73.68%（28/38），在攜帶兩種毒力基因的菌株中，以同時攜帶一種腸毒素基因（STb）和強毒力島基因（irp2）為主，未發現同時攜帶3種以上毒力基因的菌株。

表 2 ETEC和HPI陽性菌毒力因子基因型

2.4 致病性試驗

STa、STb、LT和irp2 等4種毒力因子組合的5個毒力基因型菌株在8～48 h內致接種小鼠發病死亡，死亡高峰在12～24 h間。接種未攜帶以上4種毒力因子菌株的3組小鼠中有1組小鼠也在48 h內發病死亡，其余2組和對照組小鼠正常生長。動物致病性試驗結果表明，通過檢測相關毒力因子可以為臨床仔豬黃白痢快速診斷提供依據，但毒力基因型與菌株毒力間關系還需要進一步研究。

3 結論與討論

通過對大腸桿菌腸毒素和耶爾森菌強毒力島相關毒力因子檢測，明確了粵北地區致仔豬黃白痢大腸桿菌流行的主要毒力因子為STb，其次為irp2、少數菌株攜帶STa和LT毒力因子，致病性相關試驗表明毒力基因檢測方法對仔豬大腸桿病的快速診斷有重要參考價值。

定殖于仔豬腸道上皮細胞的產腸毒素大腸桿菌（ETEC）繁殖過程中產生和釋放腸毒素，腸毒素改變腸道細胞的吸收和分泌功能，引起血管內皮細胞損傷，從而導致大量水分和電解質流向腸腔，臨床上表現為水樣腹瀉，因此，腸毒素是導致腹瀉的直接毒力因子［3，8］。從仔豬黃白痢樣品中分離大腸桿菌并快速確定其是否為致病菌株，根據致病菌株藥敏試驗結果采用有效的藥物防控該病傳播在生產實踐中有重要意義，而對臨床分離菌株腸毒素相關基因檢測可以快速確定是否為ETEC菌株的重要依據［9］。

腸毒素主要分為耐熱腸毒素（STa和STb）和不耐熱腸毒素（LT）［1］。本研究檢測的大腸桿菌STb基因陽性率為53.75%，要遠遠高于STa和LT陽性率。這一結果和2012年蘇中地區以及2014年山西豬源大腸桿菌腸毒素毒力因子分布報道有一致性［10-11］，都為STb陽性率要高于STa和LT。但這兩個地區報道的STa和LT陽性率都要高于本研究對粵北地區調查結果。陳祥等［12］2003年對江蘇、江西、安徽等華東地區初生仔豬腹瀉源大腸桿菌腸毒素相關基因進行檢測，主要腸毒素基因為STa和STb，分別占分離菌株的51.72%和37.24%；近幾年陜西省部分地區以及上海仔豬腹瀉源大腸桿菌主要毒力因子是STa，少量分離菌株中檢測到STb和LT毒力因子［8，13］；2015年皖北地區仔豬大腸桿菌毒力因子檢測結果顯示STa和STb比例分別為8.82%和5.88%，兩種耐熱腸毒素毒力因子流行率差別不大［14］。此外，以上不同地區的調查報道中都可以檢測到少數同時表達兩種或以上腸毒素毒力因子的菌株，這和本試驗結果相同。以上數據比較分析可知，不同地區豬源大腸桿菌的腸毒素毒力因子流行情況不同，這種差異除受到空間影響外，是否和時間因素有關不得而知，因為我國對豬源大腸桿菌腸毒素毒力因子流行病學報道相對較少，更缺乏一定區域內比較系統的豬大腸桿菌毒力因子分子流行病學監測研究，相關報道都是個別地區一個較短時期內豬大腸桿菌毒力因子流行病學調查。

HPI毒力島最早發現于耶爾森菌屬，后來發現在多種腸桿菌屬的細菌中存在，是導致人和多種動物腹瀉的一種重要毒力因子［15-16］。irp2基因是HPI 毒力島主要結構蛋白，可以作為檢測HPI的標志基因［9］。本試驗菌株irp2基因陽性率為21.43%，低于高小攀等對仔豬腹瀉樣品中irp2陽性率達到62%報道，但高于山西和廣東豬源大腸桿菌的HPI陽性率15.5%和16.51% 報道［11，17］。分析產生以上差異原因主要有兩個方面，首先是不同地區HPI毒力島流行情況差異，其次是檢測使用的樣品類型，樣本DNA來源于仔豬腹瀉樣品還是分離鑒定的菌株、菌株是否具有致病性都可能對檢測結果有影響。

大腸桿菌菌株中檢測到的4種毒力因子STa、STb、 LT和 irp2占受試菌的67.86%（38/56），ETEC和HPI陽性菌株毒力因子基因型有5種，其中STb和STb+irp2兩種基因型組合占陽性菌株近80%，是該地區仔豬黃白痢大腸桿菌主要毒力基因型。動物致病性試驗結果表明攜帶毒力因子菌株均可致健康昆明小白鼠發病死亡，因致病性試驗中未對接種細菌濃度進行測定，只能初步證明菌株是否具有致病性結論，其毒力因子及其基因型與菌株毒力強弱間關系還需進一步研究。部分沒有檢測到腸毒素和毒力島相關毒力基因的菌株對小鼠致病性可能是由其他毒力因子導致的，如粘附素、內毒素、外膜蛋白、溶血素、寡肽毒素等都能導致動物發病［18］。

開展大腸桿菌毒力因子檢測及分子流行病學調查研究，不但可以為該病的診斷防控、基因工程疫苗研究方向提供依據，同時大腸桿菌是一種重要人獸共患病原菌，研究發現大腸桿菌攜帶的某些毒力因子可能和細菌耐藥性也有關系［19］，表達重要毒力因子的動物源大腸桿菌可以通過食物鏈傳遞和擴散給人類，對人類健康帶來隱患和威脅［20］。所以，開展不同動物源的大腸桿菌毒力因子流行病學檢測研究，對畜牧業生產和公共衛生都具有重要意義。

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（責任編輯 楊賢智）

Detection of virulence genes of Escherichia coli strains isolated
from piglets with diarrhea in north Guangdong and
preliminary study on their pathogenicity

NAN Wen-jin1，2，HUANG Jian-qiang1，2，WU Jing-bo1，2，HU Hong-hui1，2，PENG Guo-liang2，XIAO Zheng-zhong2
（1. Laboratory of Animal Disease，Shaoguan University，Shaoguan 512005，China；2.North Guangdong Collaborative Innovation and Development Center of Pig Farming and Disease Control，Shaoguan 512005，China）

S852.61

A

1004-874X（2017）06-0129-06

南文金，黃健強，吳靜波，等.粵北地區仔豬腹瀉源大腸桿菌毒力基因檢測及致病性初步研究［J］.廣東農業科學，2017，44（6）：129-134.

2017-04-08

廣東省科技計劃項目（2017A020225044，2016A040402038）；廣東省現代農業科技創新聯盟建設項目（2016LM1141）；韶關市科技計劃項目（2013CX/N09）

南文金（1981-），男，碩士，助理研究員，E-mail：nanwenjin@126.com

彭國良（1965-），男，碩士，研究員，E-mail：pengguoliang168@163.com