Controlling of multi-drug resistant enterobacteriaceae in foods /
التحكم في البكتيريا المعوية متعددة المقاومة للمضادات الحيوية في الأغذية
by Enas Eid Hamed Mahmoud ; Supervisors Dr. Ferial Mohamed Rashad, Dr. Ensaf Emam Dawoud, Dr. Mohamed Abdallah Moselhy.
- 121 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 102-121.
The multi-drug-resistant/extensively-drug resistant (MDR/XDR) Enterobacteriaceae and other Gram-negative bacteria pose a significant threat to humanity, particularly those producing extended-spectrum β-lactamase (ESBL) and resistant to the latest resort antibiotics, which the World Health Organization has identified as a research and development priority. Their spread into ready-to-eat (RTE) foods is a serious challenge to disease control and is associated with increased morbidity, mortality, and costs to society. It is essential to develop non-antibiotic techniques to reduce/mitigate the risk of such bacteria. The current study was planned to attest to the microbiological quality, explore the prevalence of MDR/XDR Enterobacteriaceae and other Gram-negative bacteria in RTE foods, and search for the good candidate(s) biologically active lactic acid bacterial strain(s) as an alternative approach to combat those isolated MDR/XDR bacteria-derived. Exception for fermented milk, Enterobacteriaceae was detected in all examined RTE food samples with large numbers up to 8.11 log10 CFU g-1. All analyzed samples harbored MDR population with mean counts ca 4.0 log10 CFU g-1 when growth media buttressed with a combination of ampicillin, penicillin, and erythromycin, in the presence or absence of tetracycline at 20 μl-1. MDR Enterobacteriaceae were found in all cheese and vegetarian salads and 20 and 33.33% of sausages and luncheon samples with means count of ca 3.5 and 0.70 log10 CFU g-1, respectively. Of the 75 MDR isolates, 74 were identified using the MALDI-TOF MS method and one using the VITEK® 2 system; all were Enterobacteriaceae and Pseudomonas. Box-PCR was created for genomic typing for all MDR strains where 19 clusters were formed, each containing two or more common genetic fingerprints; 11 isolates exhibited a unique Box-PCR fingerprint profile. Matching to 16S rRNA sequence analysis, the MALDI-TOF MS method successfully identified 48 of 53 Enterobacteriaceae isolates to species level. More than 94% of 75 isolated strains were XDR, with MAR indices of up to 0.91; 13.33% were extended-spectrum β-lactamase producers. Of the 67 putative lactic acid bacteria isolates, 23 had inconsistent inhibitory potency; among them, only four isolates were good candidates identified genetically as Lacticaseibacillus paracasei, their cell-free supernatants (CFSs) were effective against all the 75 MDR/XDR strains with inhibition zones up to 25.00 mm; the CFSs sustained most of their antibacterial activity after treatment with catalase or heating but lost at pH 7. The minimum inhibitory and minimum bactericidal percentages ranged from 2 to 7%, and 3 to 30%, respectively; their bactericidal activity was confirmed by transmission electron microscopy. تشكل البكتيريا المعوية المقاومة للأدوية المتعددة والمقاومة للأدوية على نطاق واسع MDR/XDR Enterobacteriaceae)) وغيرها من البكتيريا السالبة لجرام تهديدًا كبيرًا للبشرية، وخاصة تلك التي تنتج إنزيم بيتا لاكتاماز ممتد الطيف (ESBL) والتي تقاومأحدث المضادات الحيوية التي تعتبر خط العلاج الأخير، فقد وضعتها منظمة الصحة العالمية على أولويات البحث والتطور. تنشأ هذه البكتريا من الأستخدام البشري الغير منضبط للمضادات الحيوية، ويشكل انتشارها في الأطعمة الجاهزة للأكل دون معاملة حرارية تحديًا خطيرًا من حيث صعوبة علاج الأمراض الناتجة عنها مع زيادة معدلات الإصابة بالأمراض والوفيات وتكاليف ذلك على المجتمع. ومن الأهمية بمكان ابتكار تقنيات غير المضادات الحيوية لتقليل وتخفيف مخاطرهذه الكائنات الحية الدقيقة. وقد تناول الجزء الأول من الدراسة الحالية الوقوف على مدى الجودة الميكروبيولوجية، واستكشاف مدى انتشار البكتيريا المعوية وغيرها من البكتيريا السالبة لجرام المقاومة للأدوية المتعددة/المقاومة للأدوية على نطاق واسع (MDR/XDR) وغيرها من البكتيريا السالبة لجرام في الأطعمة الجاهزة للأكل، وتناولت الدراسة في جزئها الثاني البحث عن سلالات لبكتيريا حمض اللاكتيك النشطة بيولوجيًا كنهج بديل لمكافحة تلك البكتيريا (MDR/XDR). وأظهرت النتائج أنه باستثناء اللبن المخمر(الرايب)، وجدت ال Enterobacteriaceae في جميع عينات الطعام الجاهزة للأكل التي تم فحصها بأعداد كبيرة نسبيًا تصل إلى 8.11 لوغاريتم10 مستعمرة جرام-1. احتوت جميع العينات التي تم تحليلها على أعداد كلية من ال MDR بمتوسط حوالي 4.0 لوغاريتم10 مستعمرة جرام-1 عندما تم دعم البيئات بمزيج من الأمبيسلين والبنسلين والإريثروميسين، في وجود أو عدم وجود التتراسيكلين بمقدار 20 ميكرولتر-1. كما أظهرت النتاائج وجودMDREnterobacteriaceae في جميع عينات سلطة الخضروات والجبن بمتوسط عدد حوالي 3.5 لوغاريتم10 مستعمرة جرام-1، في20 و33٪ من عينات السجق واللانشون بمتوسط عدد حوالي 0.70 لوغاريتم10 مستعمرة جرام-1. استنادًا إلى تحديد مطياف الكتلة MALDI-TOF MS تم التعرف على 74 عزلة من 75 عزلة متعددة المقاومة MDR وعرفت العزلة المتبقية بواسطة نظام VITEK® 2 وكلها كانت تنتمي إلى MDR Enterobacteriaceae و PseudomonasMDR. تم إنشاء Box-PCR للتصنيف الجيني لجميع السلالاتحيث شكلت 19 مجموعة تضم كل مجموعة اثنتين أو أكثرببصمات وراثية مشتركة;في حين أظهرت 11 سلالة بصمة Box-PCR فريدة من نوعها. بالتوافق مع تحليل التسلسل الجيني 16S rRNA، نجحت طريقة ال MALDI-TOF في التعرف بنجاح على 48 من 53 عزلة من Enterobacteriaceae على مستوى النوع. وبتحديد مدى مقاومة جميع السلالات لمضادات حيوية إضافية تبين أن أكثر من 94% من 75 سلالة معزولة كانت مقاومة للأدوية على نطاق واسع XDR، مع مؤشرات مقاومة MAR تصل إلى 0.91؛كان 13.33% من السلالات منتجة لـ β-lactamase ذات الطيف الممتد. كما أظهرت النتائج أنه من بين 67 عزلة بكتيريا حمض اللاكتيك مفترضة،أظهرت 23 منها قوة مثبطة غير متسقة؛ ومن بين هذه السلالات، كانت أربع عزلات فقط مرشحة جيدة تم تعريفها جينيا على أنها Lacticaseibacillusparacasei، وكانت الراشحات الخالية من الخلاياCFSs)) فعالة ضد جميع سلالات MDR/XDR بمناطق تثبيط وصلت إلى 25.00 مم؛ حافظت CFSs على معظم نشاطها المضاد للبكتيريا بعد المعالجة بالكاتالاز أو التسخين ولكنها فقدت عند معادلة الحموضة إلى درجة 7. تراوحت النسب المئوية الدنيا المثبطة والحد الأدنى للقتل من 2 إلى 7٪، و3 إلى 30٪، على التوالي؛ تم تأكيد نشاطها القاتل خلال المجهر الإلكتروني النافذ.