बेंचटॉप उपकरणों का उपयोग करके पूरे जीनोम अनुक्रमण (डब्ल्यूजीएस) रणनीतियों की व्यवहार्यता ने प्रयोगशाला सेटिंग में सार्वजनिक स्वास्थ्य प्रासंगिकता के प्रत्येक माइक्रोब की जीनोम पूछताछ को सरल बना दिया है। बैक्टीरियल डब्ल्यूजीएस के लिए वर्कफ़्लो का एक पद्धतिगत अनुकूलन वर्णित है और विश्लेषण के लिए एक जैव सूचना विज्ञान पाइपलाइन भी प्रस्तुत की गई है।
एक्वाकल्चर दुनिया भर में सबसे तेजी से बढ़ते खाद्य उत्पादक क्षेत्रों में से एक है और तिलापिया (ओरियोक्रोमिस एसपीपी) खेती सुसंस्कृत प्रमुख मीठे पानी की मछली की किस्म का गठन करती है। क्योंकि जलीय कृषि प्रथाएं मानवजनित स्रोतों से प्राप्त माइक्रोबियल संदूषण के लिए अतिसंवेदनशील होती हैं, इसलिए व्यापक एंटीबायोटिक उपयोग की आवश्यकता होती है, जिससे जलीय कृषि प्रणाली एंटीबायोटिक प्रतिरोधी और नैदानिक प्रासंगिकता के रोगजनक बैक्टीरिया जैसे एस्चेरिचिया कोलाई (ई कोलाई) का एक महत्वपूर्ण स्रोत बन जाती है। यहां, एक रोगजनक ई कोलाई स्ट्रेन की रोगाणुरोधी प्रतिरोध, विषाणु और मोबिलोम विशेषताओं को, अंतर्देशीय खेती वाले ओरियोक्रोमिस एसपीपी से बरामद किया गया था, पूरे जीनोम अनुक्रमण (डब्ल्यूजीएस) और सिलिको विश्लेषण में स्पष्ट किया गया था। रोगाणुरोधी संवेदनशीलता परीक्षण (एएसटी) और डब्ल्यूजीएस किया गया था। इसके अलावा, फाइटोलैनेटिक समूह, सीरोटाइप, मल्टीलोकस अनुक्रम टाइपिंग (एमएलएसटी), अधिग्रहित रोगाणुरोधी प्रतिरोध, विषाणु, प्लास्मिड और प्रोफेज सामग्री को विभिन्न उपलब्ध वेब उपकरणों का उपयोग करके निर्धारित किया गया था। ई कोलाई आइसोलेट ने केवल एम्पीसिलीन के लिए मध्यवर्ती संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया और डब्ल्यूजीएस-आधारित टाइपिंग द्वारा ओएनटी: एच 21-बी 1-एसटी 40 तनाव के रूप में विशेषता दी गई। यद्यपि केवल एक रोगाणुरोधी प्रतिरोध से संबंधित जीन [एमडीएफ (ए)] का पता लगाया गया था, एटिपिकल एंटरोपैथोजेनिक ई कोलाई (एपीईसी ) पैथोटाइप से कई विषाणु-संबद्ध जीन (वीएजी) की पहचान की गई थी। इसके अतिरिक्त, बड़े प्लास्मिड समूहों और 18 प्रोफेज से जुड़े क्षेत्रों से प्लास्मिड रिप्लिकॉन के कार्गो का पता लगाया गया था। अंत में, सिनालोआ, मेक्सिको में एक मछली फार्म से बरामद एक एईपीईसी आइसोलेट का डब्ल्यूजीएस लक्षण वर्णन, इसकी रोगजनक क्षमता और कच्चे एक्वाकल्चरल उत्पादों के सेवन के संभावित मानव स्वास्थ्य जोखिम में अंतर्दृष्टि की अनुमति देता है। पर्यावरणीय सूक्ष्मजीवों का अध्ययन करने के लिए अगली पीढ़ी के अनुक्रमण (एनजीएस) तकनीकों का फायदा उठाना और स्वास्थ्य मुद्दों की उत्पत्ति कैसे होती है, यह जानने के लिए एक स्वास्थ्य ढांचे को अपनाना आवश्यक है।
एक्वाकल्चर दुनिया भर में सबसे तेजी से बढ़ते खाद्य उत्पादक क्षेत्रों में से एक है, और इसकी उत्पादन प्रथाओं का उद्देश्य मानव उपभोग के लिए बढ़ती खाद्य मांग को पूरा करना है। वैश्विक जलीय कृषि उत्पादन 1997 में 34 मिलियन टन (एमटी) से तीन गुना बढ़कर 2017 में 112 मिलियन टन होगया है। उत्पादन के लगभग 75% में योगदान देने वाले मुख्य प्रजाति समूह, समुद्री शैवाल, कार्प, बाइवाल्व, कैटफ़िश और तिलापिया (ओरेओक्रोमिस एसपीपी) थे। 1. हालांकि, गहन मछली पालन के कारण माइक्रोबियल संस्थाओं के कारण होने वाली बीमारियों की उपस्थिति अपरिहार्य है, जिससे संभावित आर्थिक नुकसान होसकता है।
मछली पालन प्रथाओं में एंटीबायोटिक का उपयोग बैक्टीरिया के संक्रमण को रोकने और इलाज के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है, उत्पादकता में मुख्य सीमित कारक 3,4। फिर भी, अवशिष्ट एंटीबायोटिक्स जलीय कृषि तलछट और पानी में जमा होते हैं, चयनात्मक दबाव डालते हैं और मछली से जुड़े और रहने वाले जीवाणुसमुदायों को संशोधित करते हैं 5,6,7,8। नतीजतन, जलीय कृषि वातावरण रोगाणुरोधी प्रतिरोध जीन (एआरजी) के लिए एक जलाशय के रूप में कार्य करता है, और आसपास के परिवेश में एंटीबायोटिक प्रतिरोधी बैक्टीरिया (एआरबी) के आगे उद्भव और प्रसार के रूप में कार्य करताहै। आमतौर पर मछली पालन प्रथाओं को प्रभावित करने वाले जीवाणु रोगजनकों के अलावा, एंटरोबैक्टीरिया परिवार के सदस्यों का अक्सर सामना किया जाता है, जिसमें एंटरोबैक्टर एसपीपी, एस्चेरिचिया कोलाई, क्लेबसिएला एसपीपी और साल्मोनेला एसपीपी.10 के मानव रोगज़नक़ उपभेद शामिल हैं। ई कोलाई मछली पालन में मछली के भोजन और पानी से अलग सबसे आम सूक्ष्मजीव है 11,12,13,14,15।
ई कोलाई एक बहुमुखी ग्राम-नकारात्मक जीवाणु है जो स्तनधारियों और पक्षियों के जठरांत्र संबंधी मार्ग में उनके आंतों के माइक्रोबायोटा के एक सदस्य के रूप में निवास करता है। हालांकि, ई कोलाई में मिट्टी, तलछट, भोजन और पानी सहित विभिन्न पर्यावरणीय स्थानों में उपनिवेश बनाने और बने रहने की अत्यधिकअनुकूली क्षमता होती है। क्षैतिज जीन स्थानांतरण (एचजीटी) घटना के माध्यम से जीन लाभ और हानि के कारण, ई कोलाई तेजी से एक अच्छी तरह से अनुकूलित एंटीबायोटिक प्रतिरोधी रोगज़नक़ में विकसित हुआ है, जो मनुष्योंऔर जानवरों में बीमारियों के व्यापक स्पेक्ट्रम का कारण बनने में सक्षम है। अलगाव उत्पत्ति के आधार पर, रोगजनक वेरिएंट को आंतों के रोगजनक ई कोलाई (InPEC) या अतिरिक्त आंतों के रोगजनक ई कोलाई (ExPEC) के रूप में परिभाषित किया गया है। इसके अलावा, InPEC और ExPEC को रोग अभिव्यक्ति, आनुवंशिक पृष्ठभूमि, फेनोटाइपिक लक्षण, और विषाणु कारकों (VFs) 16,17,19 के अनुसार अच्छी तरह से परिभाषित पैथोटाइप में उपवर्गीकृत किया गया है।
रोगजनक ई कोलाई उपभेदों के लिए पारंपरिक संस्कृति और आणविक तकनीकों ने विभिन्न पैथोटाइप की तेजी से पहचान और पहचान की अनुमति दी है। हालांकि, वे समय लेने वाले, श्रमसाध्य हो सकते हैं, और अक्सर उच्च तकनीकी प्रशिक्षण की आवश्यकता होतीहै। इसके अलावा, ई कोलाई के सभी रोगजनक रूपों का विश्वसनीय अध्ययन करने के लिए उनकी आनुवंशिक पृष्ठभूमि की जटिलता के कारण किसी भी एक विधि का उपयोग नहीं किया जा सकता है। वर्तमान में, इन कमियों को उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण (एचटीएस) प्रौद्योगिकियों के आगमन के साथ दूर किया गया है। संपूर्ण जीनोम अनुक्रमण (डब्ल्यूजीएस) दृष्टिकोण और जैव सूचना विज्ञान उपकरणों ने माइक्रोबियल डीएनए की खोज में किफायती और बड़े पैमाने पर सुधार किया है, जिससे एक ही रन में रोगाणुओं के गहन लक्षण वर्णन की सुविधा मिलती है, जिसमें निकटता से संबंधित रोगजनक वेरिएंट20,21,22 शामिल हैं। जैविक प्रश्नों के आधार पर, डेटा विश्लेषण करने के लिए कई जैव सूचना विज्ञान उपकरण, एल्गोरिदम और डेटाबेस का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि मुख्य लक्ष्य एआरजी, वीएफ और प्लास्मिड की उपस्थिति का आकलन करना है, तो रेसफाइंडर, वायरुलेंसफाइंडर और प्लास्मिडफाइंडर जैसे उपकरण, उनके संबंधित डेटाबेस के साथ, एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु हो सकता है। कैरिको एट अल .22 ने कच्चे डेटा प्रीप्रोसेसिंग से फाइटोलैनेटिक अनुमान तक, माइक्रोबियल डब्ल्यूजीएस विश्लेषण के लिए लागू विभिन्न जैव सूचना विज्ञान सॉफ्टवेयर और संबंधित डेटाबेस का विस्तृत अवलोकन प्रदान किया।
कई अध्ययनों ने रोगाणुरोधी प्रतिरोध विशेषताओं, रोगजनक क्षमता और विभिन्न मूल 23,24,25,26 से प्राप्त ई कोलाई के नैदानिक रूप से प्रासंगिक वेरिएंट के उद्भव और विकासवादी संबंधों की ट्रैकिंग के बारे में जीनोम पूछताछ के लिए डब्ल्यूजीएस की व्यापक उपयोगिता का प्रदर्शन किया है। . डब्ल्यूजीएस ने रोगाणुरोधी के फेनोटाइपिक प्रतिरोध को अंतर्निहित आणविक तंत्र की पहचान को सक्षम किया है, जिसमें दुर्लभ या जटिल प्रतिरोध तंत्र शामिल हैं। यह अधिग्रहित एआरजी वेरिएंट, दवा-लक्ष्य जीन में नए उत्परिवर्तन, या प्रमोटरक्षेत्रों 27,28 का पता लगाने के माध्यम से है। इसके अलावा, डब्ल्यूजीएस एक जीवाणु तनाव29 के प्रतिरोध फेनोटाइप के बारे में पूर्व ज्ञान की आवश्यकता के बिना रोगाणुरोधी प्रतिरोध प्रोफाइल का अनुमान लगाने की क्षमता प्रदान करता है। वैकल्पिक रूप से, डब्ल्यूजीएस ने एंटीमाइक्रोबियल प्रतिरोध और विषाणु दोनों विशेषताओं को ले जाने वाले मोबाइल आनुवंशिक तत्वों (एमजीई) के लक्षण वर्णन की अनुमति दी है, जिसने मौजूदा रोगजनकों के जीवाणु जीनोम विकास को प्रेरित किया है। उदाहरण के लिए, 2011 में जर्मन ई कोलाई प्रकोप की जांच के दौरान डब्ल्यूजीएस के आवेदन के परिणामस्वरूप स्पष्ट रूप से उपन्यास ई कोलाई पैथोटाइप की अनूठी जीनोमिक विशेषताओं को उजागर किया गया; दिलचस्प बात यह है कि उन प्रकोप उपभेदों की उत्पत्ति एंटरोएग्रिगेटिव ई कोलाई (ईएईसी) समूह से हुई थी, जिसने एंटरोहेमोरेजिक ई कोलाई (ईएचईसी) पैथोटाइप30 से शिगा विष को एन्कोडिंग करने वाले प्रोफेज का अधिग्रहण किया था।
यह काम बेंचटॉप सीक्वेंसर का उपयोग करके बैक्टीरियल डब्ल्यूजीएस के लिए वर्कफ़्लो का एक पद्धतिगत अनुकूलन प्रस्तुत करता है। इसके अलावा, परिणामी अनुक्रमों का विश्लेषण करने और सीमित या बिना जैव सूचना विज्ञान विशेषज्ञता वाले शोधकर्ताओं का समर्थन करने के लिए वेब-आधारित उपकरणों का उपयोग करके एक जैव सूचना विज्ञान पाइपलाइन प्रदान की जाती है। वर्णित विधियों ने एक रोगजनक ई कोलाई स्ट्रेन एसीएम 5 के रोगाणुरोधी प्रतिरोध, विषाणु और मोबिलोम विशेषताओं के स्पष्टीकरण की अनुमति दी, जो 2011 में सिनालोआ, मैक्सिको12 में अंतर्देशीय खेती वाले ओरियोक्रोमिस एसपीपी से अलग किया गया था।
यह अध्ययन एक बेंचटॉप सीक्वेंसर का उपयोग करके बैक्टीरियल डब्ल्यूजीएस वर्कफ़्लो का अनुकूलन प्रस्तुत करता है और रोगजनक ई कोलाई संस्करण के जीनोमिक लक्षण वर्णन के लिए एक पाइपलाइन प्रदान करता है। उपय?…
The authors have nothing to disclose.
जोस एंटोनियो मागना-लिजारागा [संख्या 481143] को प्रदान की गई डॉक्टरेट छात्रवृत्ति के लिए मेक्सिको के नेशनल काउंसिल ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (स्पेनिश में इसके संक्षिप्त नाम से कोनासाइट)।
Accublock Mini digital dry bath | Labnet | D0100 | Dry bath for incubation of tubes |
Agencourt AMPure XP | Beckman Coulter | A63881 | Magnetic beads in solution for DNA library purification |
DeNovix DS-11 | DeNovix Inc. | UV-Vis spectophotometer to check the quality of the gDNA extracted | |
DNA LoBind Tubes | Eppendorf | 0030108418 | 1.5 mL PCR tubes for DNA library pooling |
DynaMag-2 Magnet | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | 12321D | Magnetic microtube rack used during magnetic beads-based DNA purification |
Gram-negative Multibac I.D. | Diagnostic reseach (Mexico) | PT-35 | Commercial standard antibiotic disks for antimicrobial susceptibility testing |
MiniSeq Mid Output Kit (300-cycles) | Illumina | FC-420-1004 | Reagent cartdrige for paired-end sequencing (2×150) |
MiniSeq System Instrument | Illumina | SY-420-1001 | Benchtop sequencer used for Next-generation sequencing |
MiniSpin centrifuge | Eppendorf | 5452000816 | Standard centrifuge for tubes |
Nextera XT DNA Library Preparation Kit | Illumina | FC-131-1024 | Reagents to perform DNA libraries for sequencing. Includes Box 1 and Box 2 reagents for 24 samples |
Nextera XT Index Kit v2 | Illumina | FC-131-2001, FC-131-2002, FC-131-2003, FC-131-2004 | Index set A, B, C, D |
PhiX Control v3 | Illumina | FC-110-3001 | DNA library control for sequencing |
Precision waterbath | LabCare America | 51221081 | Water bath shaker used for bacterial culture |
Qubit 1X dsDNA HS Assay Kit | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | Q33231 | Reagents for fluorescence-based DNA quantification assay |
Qubit 2.0 Fluorometer | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | Q32866 | Fluorometer used for fluorescence assay |
Qubit Assay tubes | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | Q32856 | 0.5 mL PCR tubes for fluorescence-based DNA quantification assay |
SimpliAmp Thermal Cycler | Applied Biosystems, Thermo Fisher Scientific | A24811 | Thermocycler used for DNA library amplification |
Spectronic GENESYS 10 Vis | Thermo | 335900 | Spectophotometer used for bacterial suspension in antimicrobial susceptibility testing |
ZymoBIOMICS DNA Miniprep Kit | Zymo Research Inc. | D4300 | Kit for genomic DNA extraction (50 preps) |