Вплив раціону великої рогатої худоби на кишкову паличку O157: стійкість до кислоти H7

АНОТАЦІЯ

Тривалість осипання ізолятів кишкової палички O157 вигодовуваними сіном та зерновими кормами, експериментально інокульованими E. coli O157: H7 порівнювали, а також кислотостійкість бактерій. Тварини, що годуються сіном, линяють кишкову паличку O157 довше, ніж тварини, яких годують зерном, і незалежно від дієти ці бактерії були однаково кислотостійкими. Годівля сіна великої рогатої худоби може посилити зараження людини E. coli O157: H7.

Управління великою рогатою худобою суттєво впливає на здоров'я населення. Велика рогата худоба тимчасово переносить кишкову паличку O157: H7 у своїх шлунково-кишкових шляхах, і багато інфекцій людини виникають в результаті потрапляння в організм забруднених продуктів харчування великої рогатої худоби (8). E. coli O157: Забруднення H7, яке спричинило відкликання продукції та закриття заводів (3), має величезний економічний вплив. Інфікування людини E. coliO157: H7 призводить до геморагічного коліту, який може перерости в гемолітико-уремічний синдром - загрозу життю, що є найпоширенішою причиною гострої ниркової недостатності у дітей (8). Діез-Гонсалес та ін. нещодавно повідомлялося, що раціон, що харчується зерном, має у своєму складі велику кількість кислотостійких загальних родових бактерій E. coliorganisms, тоді як велика рогата худоба, яку годують сіном, не має (4). Вони припускають, що годування сіном раціоном великої рогатої худоби зменшить ризик зараження людьми E. coli O157: H7 для людей (4). З огляду на очевидні відмінності між опублікованими результатами цієї лабораторії (11, 12) та висновками Diez-Gonzales et al. (4) та з огляду на наслідки, які це питання має для здоров’я населення, ми порівняли тривалість, протягом якої поголів’я великої рогатої худоби, що годується сіном та зерном, було позитивним для E. coli O157: H7 та оцінило кислотостійкість фекальної E. coli O157: H7 від обох груп великої рогатої худоби.

Вісім здорових 1- до 2-річних бичків Голштейна годували різними дієтами у модифікованому експериментальному дизайні кросовера. Тварин годували один раз на день, мали доступ до води ad libitum і поселяли окремо в бетонні кіоски з підстилкою з кедрової стружки. Оцінювали ефективність чотирьох дієт: типові фінішні дієти, що містять від 82 до 90% зерна (або 62,1% ячменю – 19,3% кукурудзи, або 90% кукурудзи, з урахуванням залишку корму), середньоякісне сіно з люцерни 100% та низькоякісне 100% сіна з тимофії. Як і слід було очікувати, зернові дієти мали більше енергії та менше клітковини, ніж сіно, як визначали стандартні методи (дані не наведені) (1, 9, 10, 14). Після 3 тижнів адаптації до певного раціону худобі прищеплювали E. coli O157: H7, яку вирощували в бульйоні Лурія-Бертані при 37 ° C з аерацією до щільності клітин 10 9 КУО/мл. Кожна тварина отримувала 10 10 КУО E. coli O157: H7 через шлунковий зонд, розміщений безпосередньо в рубці. Свіжі зразки калу отримували методом ректальної пальпації кожні 3-4 дні та культивували за допомогою високочутливої методики для моніторингу випадіння E. coliO157, як описано раніше (11, 12).

Сінна худоба (трава або люцерна) скидає фекальні кишкові палички E. coli O157: H7 довше, ніж худоба, що годується зерном (рис. 1). Усі тварини виявили позитивні культури на E. coli O157: H7 через 24 год після щеплення. Усі тварини залишалися здоровими, і концентрація фекальної кишкової палички O157: H7 поступово знижувалась, поки кожна тварина не стала культурою негативною для бактерій. Незалежно від раціону, тварини виділяють подібні титри фекальної E. coliO157: H7, які коливаються від 7,1 × 10 6 КУО/г калу до рівнів, які можна виявити лише за допомогою селективної культури збагачення (2 КУО/г калу). Середня тривалість годівлі зерна великої рогатої худоби була позитивною для культури - 4 дні. Навпаки, велика рогата худоба, яку годували або люцерною, або травою сінного раціону, довше проливала фекальні кишкові палички O157: H7, у середньому 39 та 42 дні відповідно. Різниця між тривалістю періодів, в яких годували зерном та сіном (траву чи люцерну) велику рогату худобу, була дуже значущою (парний тест; Р = 0,0004).

Вплив дієти на тривалість, протягом якої кишкова паличка O157: H7 проливається від великої рогатої худоби. Показано перший день, коли кожна з худоби тестувала культуру негативно на E. coli O157: H7 під час годування зерном або сіном (люцерна або трава). Кожна точка представляє окрему тварину. Інокулем був E. coli O157: штам H7 ATCC 43894 (American Type Culture Collection, Manassas, VA). Тварин вважали культурально негативною на бактерії після трьох послідовних культурально-негативних аналізів, що тривали протягом 10 днів.

Хоча ця худоба линяє E. coli O157: H7 довше, коли їх годували сіном, ніж коли годували зерном, Diez-Gonzalez et al. (4) передбачали, що патогени тварин, які годуються сіном, будуть вбиті кислотним шоком, подібним до умов людського шлунку, і, отже, становитимуть менший ризик захворювання. Центральним для їх аргументу є екстраполяція того, що E. coli O157: H7 схожий на загальний непатогенний штам E. coli, який вони аналізували. Щоб визначити, чи є кишкова паличка O157: H7 з товстого кишечника хлібних жуйних тварин кислотостійкішою, ніж E. coli O157: H7 з товстої кишки хлібних тварин, що харчуються сіном, ми порівняли кислотостійкість E. coli O157: H7 пролита худобою на цих двох дієтах.

Кислотостійкість E. coli O157: H7 від худоби, що годується зерном та сіном

Незважаючи на те, що кислий вміст шлунку людини забезпечує певний захист від патогенних мікроорганізмів, а кислотостійкі ізоляти E. coliO157: H7, швидше за все, виживають при проходженні через кислі умови шлунка, значення кислотостійкого E. coli O157: H7 у бичачих фекаліях сумнівний. Наприклад, люди рідко, якщо взагалі коли-небудь, ковтають кишкову паличку O157: H7 безпосередньо з товстої кишки великої рогатої худоби. Бактерії дуже ймовірно розмножуються поза великою кишкою великої рогатої худоби на шкурах тварин, в гної, в середовищах з низьким вмістом поживних речовин або в забрудненій їжі або воді до того, як їх поглине людина (5, 13). Крім того, Вотерман та Смолл (15) нещодавно показали, що кишкова паличка O157: H7 та інші кишкові патогени можуть бути захищені від загибелі в екстремально кислих умовах, коли вони знаходяться на твердих харчових поверхнях. Бактерії, прищеплені на поверхню яловичого фаршу, пережили умови кислотного шоку, яких не мала чиста культура того самого організму (15). Оскільки кишкова паличка O157: H7, що потрапляє в організм людини, швидше за все, реплікується поза кишкою великої рогатої худоби і, ймовірно, потрапляє на поверхню їжі при попаданні всередину, ми порівняли кислотостійкість E. coli O157: H7 із сіна велика рогата худоба з поголів’ям худоби, що годується на зерно, за подібних умов (15).

E. coli O157: Ізоляти H7 із худоби, що годується зерном або сіном, були кислотостійкими, коли їх розміщували на поверхні яловичого фаршу. Ізоляти з калу великої рогатої худоби мінімально субкультивували в лабораторії (при первісному виділенні з калу і один раз перед щепленням на яловичий фарш) перед тестуванням. Ізоляти розміщували на поверхні яловичого фаршу, інокульований яловичий фарш суспендували в бульйоні Лурія-Бертані з доведенням до рН 2,0 протягом 1 години при 37 ° С, а відсотки виживання обчислювали згідно з процедурою кислотного шоку у посиланні 15, за винятком що рН, використаний у цьому дослідженні, становив 2,0. Відсотки більше 100 були результатом відновлення вищих титрів E. coli O157: H7 після обробки рН 2,0, ніж після обробки рН 7,0. Відсотки виживання для штаму E. coliO157: H7 ATCC 43894 від худоби, що годується зерном та сіном, становили 84 та 110 відповідно. Для E. coli ATCC 43895 від худоби, що годується зерном та сіном, відсотки становили 133 та 100 відповідно. Дані є середніми значеннями для трьох окремих експериментів (стандартна помилка = 10%). Цікаво, що навіть кишкова паличка O157: H7 ATCC 43894, про яку раніше повідомлялося, що є чутливою до кислот (2), була кислотостійкою за цих умов.

ПОДЯКИ

Цю роботу підтримали частково сільськогосподарська експериментальна станція Айдахо, грант Міністерства сільського господарства США NRICGP 95-37201-1979, грант Служби охорони здоров'я AI33981 від Національного інституту охорони здоров'я та грант Ради яловичини Айдахо.

Ми вдячні Джоді Маккенні за технічну допомогу та Девіду Брідінгу за допомогу в поводженні з тваринами. Ми вдячні Деннісу Фальку та Стівену Макі за тваринницькі об'єкти.