鶏の消化管からのロイテリン産生株の単離と比較ゲノム解析

Isolation and Comparative Genomic Analysis of Reuterin-Producing From the Chicken Gastrointestinal Tract.

• Anna Greppi
• Paul T Asare
• Clarissa Schwab
• Niklaus Zemp
• Roger Stephan
• Christophe Lacroix

抄録

は、選択された動物およびヒトの消化管（GIT）に自然に生息しています。一部の菌株は、グリセロールを3-ヒドロキシプロピオンアルデヒド（3-HPA）に変換する能力を持ち、さらに排泄されて強力な抗菌システムであるロイテリンを形成します。ロイテリン産生株は、鶏のような動物の病原体のコロニー化を防ぎ、添加された抗菌剤に代わる天然の抗菌剤として飼料に応用できる可能性がある。これまでに鶏から分離された菌株は7株のみであり，系統的な研究や宿主と微生物の相互作用の解析には限界がある。本研究では，ニワトリのGITから菌株を分離し，表現型と遺伝学的手法を用いてロイテリン産生と抗菌薬耐性（AMR）の特徴を明らかにすることを目的とした．養鶏場から6羽の鶏の顔面、クロップ、赤頭から70株を分離した。さらなる特徴付けのために25株を選択した。新たに分離された25株についてゲノムを作成し、異なる宿主から分離された40株の系統樹に統合した。遺伝子内容とコアゲノムをもとに系統樹を作成したところ，鶏25株は家禽/ヒト系統VIに分類された。遺伝子を保有する株（23/25株）は，試験条件では600mMのグリセロールから156mM±11から330mM±14の3-HPAを産生した。25個の鶏株はすべて、セフォタキシム（MICは0.016〜1μg/mLの間）およびペニシリン（MICは0.02〜4μg/mLの間）に感受性であった。基準菌であるDSM20016株およびSD2112株と同様に，ペニシリンに対して耐性を示したが，これはおそらく， , , , , , , および .エリスロマイシン耐性株（4/27）はすべてこの遺伝子を有しており，鶏株にのみ存在した。テトラサイクリン耐性株（5/27）はすべての株が遺伝子を保有していた。この研究は、家禽/ヒト系統VIの進化史を確認し、この系統に頻繁に存在する形質ではあるが、常に存在するとは限らないことを明らかにした。

is a natural inhabitant of selected animal and human gastrointestinal tract (GIT). Certain strains have the capacity to transform glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA), further excreted to form reuterin, a potent antimicrobial system. Reuterin-producing strains may be applied as a natural antimicrobial in feed to prevent pathogen colonization of animals, such as in chicken, and replace added antimicrobials. To date, only seven strains isolated from chicken have been characterized which limits phylogenetic studies and host-microbes interactions characterization. This study aimed to isolate strains from chicken GIT and to characterize their reuterin production and antimicrobial resistance (AMR) profiles using phenotypic and genetic methods. Seventy strains were isolated from faces, crops and ceca of six chicken from poultry farms and samples from slaughterhouse. Twenty-five strains were selected for further characterization. Draft genomes were generated for the new 25 isolates and integrated into a phylogenetic tree of 40 strains from different hosts. Phylogenetic analysis based on gene content as well as on core genomes showed grouping of the selected 25 chicken isolates within the poultry/human lineage VI. Strains harboring genes (23/25) produced between 156 mM ± 11 and 330 mM ± 14 3-HPA, from 600 mM of glycerol, in the conditions of the test. All 25 chicken strains were sensitive to cefotaxime (MIC between 0.016 and 1 μg/mL) and penicillin (MIC between 0.02 and 4 μg/mL). Akin to the reference strains DSM20016 and SD2112, the novel isolates were resistant to penicillin, possibly associated with identified point mutations in , , and . All strains resistant to erythromycin (4/27) carried the gene, and it was only present in chicken strains. All strains resistant to tetracycline (5/27) harbored gene. This study confirms the evolutionary history of poultry/human lineage VI and identifies as a frequent trait but not always present in this lineage. chicken strains producing high 3-HPA yield may have potential to prevent enteropathogen colonization of chicken.

Copyright © 2020 Greppi, Asare, Schwab, Zemp, Stephan and Lacroix.