Shevchenko M. Staphylococcus pseudintermedius and Staphylococcus aureus: prevalence in animals, microbiological and molecular genetic characterization and antibiotic resistance

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002155

Applicant for

Specialization

  • 211 - Ветеринарна медицина

18-06-2024

Specialized Academic Board

ДФ 27.821.023_5445

Bila Tserkva National Agrarian University

Essay

The dissertation work of M. Shevchenko is devoted to the study of the prevalence and characterization of microorganisms Staphylococcus pseudintermedius and Staphylococcus aureus among dogs, cats and cows in Ukraine. The study included the determination of antibiotic resistance of these bacteria, the ability to form biofilms, and the presence of genes associated with pathogenicity factors, including toxin production and adhesion. The results showed that Staph. pseudintermedius actively colonizes the nasal cavities (24.1%) and ear canals (7.6%) of clinically healthy dogs. This species was the dominant pathogen of dermatologic and wound infections, it was detected in 23.4% of sick dogs and 12.5% of cats. Among all the detected staphylococci from dogs, Staph. pseudintermedius accounted for the vast majority (58%), while in cats its share reached 30.8%. Staph. aureus was much less common – only 5.2% of dogs and 6.3% of cats. In cattle, Staph. aureus was one of the main causative agents of intrauterine infections, it was detected in 33.3% of mastitis cases. At the same time, it was Staph. aureus that caused the clinical form of the disease more often than other types of staphylococci (16.6%). For a complete characterization of field isolates, their morphological and cultural properties were studied. Species identification and differentiation of Staph. pseudintermedius and Staph. aureus were performed using a set of microbiological tests, PCR with species-specific and genus-specific primers, sequencing of a fragment of the thermonuclease gene and high-resolution MALDI-TOF mass spectrometry. An important aspect of the study was the study of antibiotic resistance of the isolates. A meta–analysis of the literature on Staph. pseudintermedius and Staph. aureus resistance in dogs and cats in Europe in 2016 – 2020 revealed significant heterogeneity of results between different research groups. Overall, a high level of resistance was observed in Staph. pseudintermedius isolates to erythromycin (52.9%), tetracycline (43.8%), and penicillin (34.8%). Staph. aureus was most often resistant to penicillin (66.9%) and tetracycline (55%). Among the field isolates of Staph. pseudintermedius isolated from dogs and cats with infections in Ukraine, the highest resistance was found to trimethoprim with sulfamethoxazole (36.8%), penicillin (18.2%) and erythromycin (18.2%). Staph. aureus isolates from sick animals were most often resistant to penicillin (50%). Particular attention is drawn to the detection of methicillin–resistant strains – one isolate of Staphylococcus pseudintermedius from a clinically healthy dog and 23.3% of methicillin-resistant Staphylococcus aureus among isolates obtained from cows with mastitis. In parallel with the phenotypic determination of methicillin resistance, a molecular screening was performed to identify mecA genes, the presence of which determines the resistance of these strains to methicillin. The majority of Staph. pseudintermedius (77.3%) and Staph. aureus (83.4%) isolates showed different abilities to form biofilms on abiotic surfaces. PCR analysis of these bacteria revealed the icaA and icaD genes, which play a key role in the process of intercellular adhesion and biofilm formation. Additionally, the presence of genes encoding toxins and colonization factors was determined. All analyzed strains of Staph. pseudintermedius contained the siet gene, which is responsible for the production of a potent exfoliative toxin. In addition, 90% of the isolates contained the lukS gene and 100% contained the lukF gene, which encode two components of the highly active staphylococcal leukotoxin. These data indicate a high pathogenic potential of Staph. pseudintermedius as a pathogen of infections in animals. For the final verification of the species affiliation of the isolates to Staphylococcus pseudintermedius, the PCR-amplified fragment of the nuc gene, which encodes a thermostable nuclease, was sequenced. Comparison of the obtained nucleotide sequences with the reference genomic sequences available in the GenBank database showed their high identity (99.3% and 99.2%, respectively) to the sequences of Staph. pseudintermedius. At the same time, phylogenetic analysis showed that the obtained sequences differ from closely related species of the SIG group, such as Staph. delphini and Staph. intermedius. The obtained nucleotide sequences were registered in the international database under the numbers OR555770 and OR555771. The results of the dissertation research are important for assessing the current state of distribution of Staphylococcus pseudintermedius and Staphylococcus aureus among different animal species in Ukraine, their antibiotic resistance profiles and the potential danger posed by resistant and pathogenic strains of these bacteria. The proposed diagnostic approaches can be implemented and used in the work of veterinary and medical diagnostic laboratories.

Research papers

Шевченко, М. В., Савченюк, М. О., Ярчук, Б. М., Сахнюк, Н. І., Царенко Т. М. (2021). Коагулазопозитивні стафілококи у собак та їх антимікробна резистентність (систематичний огляд). Науковий вісник ветеринарної медицини, 1, 104–118. DOI: 10.33245/2310-4902-2021-165-1-104-118

Шевченко, М. В., Тишківська, Н. В., Андрійчук, А. В., Мартиненко, О.А., Царенко, Т. М. (2022) Внутрішньолабораторна апробація протоколу ПЛР для молекулярно-генетичної ідентифікації бактерій роду Staphylococcus spp. Науковий вісник ветеринарної медицини, 2, 81–91. DOI: 10.33245/2310-4902-2022-173-1-81-91

Шевченко, М. В., Тарасов, О. А., Андрійчук, А. В., Гончаренко, В. П., Царенко, Т. М. (2023). Оптимізація лабораторних ПЛР-протоколів для точної ідентифікації S. aureus та S. pseudintermedius у собак. Ветеринарна біотехнологія, 43, 175–185. DOI: 10.31073/vet_biotech43-17

Шевченко, М. В., Андрійчук, А. В. (2023). Антибіотикорезистентність ізолятів Staphylococcus spp. та Streptococcus spp., що спричиняють мастит на молочних фермах України. Науковий вісник ветеринарної медицини, 1, 81–88. DOI: 10.33245/2310-4902-2023-180-1-81-88

Shevchenko M., Tsarenko T. Microbiological and molecular genetic characterization of Staphylococcus aureus and Staphylococcus pseudintermedius. Nauk. vìsn. vet. med., 2023. № 2. РР. 135–144. DOI: 10.33245/2310-4902-2023-184-2-135-144

Shevchenko, M., Andriichuk, A., Goncharenko, V., Dovhal. O. (2023) Mastitis prevention and control: Integration of microbiological and management approaches. Scientific Horizons. 26 (7), 19–33. DOI: 10.48077/scihor7.2023.19

Shevchenko, M., Andriichuk, A., Bilyk, S., Dovhal, O., Mazur, T., & Tsarenko, T. (2023). Biofilm forming ability of coagulase-positive staphylococci isolated from animals in Ukraine. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 14(4), 576–580. DOI: 10.15421/022384

Shevchenko, M., Andriichuk, A., Naumchuk, V., Petruk, I., Bilyk, S., & Tsarenko, T. (2023). Zoonotic Staphylococcus spp. among domestic animals in Ukraine: Antibiotic resistance and diagnostic approaches. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 14(3), 378–385. DOI: 10.15421/10.15421/022356

Шевченко, М. В. та Царенко Т. М. (2021). Коагулазопозитивні стафілококи за концепцією “Єдине здоров’я”. Біобезпека, захист та благополуччя тварин: тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції. Київ. 129–131

Шевченко, М. В. Виявлення колонізації собак бактеріями роду Staphylococcus spp. методом полімеразної ланцюгової реакції. Сучасні досягнення та перспективи клінічної лабораторної медицини у діагностиці хвороб людини та тварин: матеріали II Науково-практичної міжнародної дистанційної конференції. Харків. 63–65.

Шевченко, М. В. та Царенко, Т. М. (2022). Оптимізація протоколу визначення Staphylococcus spp. методом ПЛР. Ветеринарна медицина: сучасні виклики і актуальні проблеми науки, освіти та продовольчої безпеки: матеріали Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції. Житомир. 256–258.

Шевченко, М. В. та Царенко, Т. М. (2022). Ідентифікація коагулазопозитивних стафілококів (CoPS) мікробіологічними методами. Єдине здоров’я – 2022: матеріали Міжнародної наукової конференції. Київ. 304-306.

Шевченко, М. В., Андрійчук, А. В. та Царенко, Т. М. (2022). Використання ПЛР для виявлення метицилінрезистентних штамів стафілококів. Досягнення та перспективи ветеринарної науки: тези доповідей Міжнародної науково-практичної інтернет-конференції молодих вчених. Полтава. 113–115.

Шевченко, М. В., Андрійчук, А. В. та Царенко, Т. М. (2022). Ідентифікація родин Staphylococcus spp. групи КПС мікробіологічними методами. Аграрна освіта та наука: досягнення, роль, фактори росту: матеріали міжнародної науково-практичної конференції. Біла Церква. 48–50.

Шевченко, М. В., Білик, Б. П. та Царенко, Т. М. (2022). Диференціація Staph. aureus та Staph. pseudintermedius методом ПЛР. Сучасний стан розвитку ветеринарної медицини, науки і освіти: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 35-річчю заснування факультету ветеринарної медицини. Житомир. 303–305.

Шевченко, М. В., Андрійчук, А. В., Білик, Б. П. та Царенко, Т. М. (2022). Бактеріальні збудники нозокоміальні інфекцій в ветеринарній медицині. Біобезпека, захист та благополуччя тварин: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції. Київ. 136–139.

Шевченко, М. В., Савченюк, М. О., Андрійчук, А. В., Довгаль, О. В., Білик С. А. та Царенко Т. М. (2023). Контамінація серветок для вимені та її вплив на розповсюдження інфекційних маститів. ІIІ Міжнародна науково-практична конференції “Актуальні аспекти розвитку науки і освіти”. Одеса. 152–155.

Шевченко, М. В., Савченюк, М. О., Андрійчук, А. В., Довгаль, О.В., Білик, С. А. та Царенко, Т. М. (2023). Секвенування фрагмента nuc гена S. pseudintermedius. Міжнародна науково-практична конференція “Аграрна освіта та наука: досягнення, роль, фактори росту”. Біла Церква. 75–76.

Шевченко, М. В., Андрійчук, А. В., Тарасов, О. А., Мазур, Т. Г., Богатко, Н. М., Наумчук, В. С., Петрук, І. П., Савченюк, М. О., Царенко, Т. М. (2024). Сучасні підходи до дослідження стафілококів: мікробіологічні та молекулярно-генетичні методи діагностики. Біла Церква. 46 с.

Files

Similar theses