《Veterinary Microbiology》：Long-term persistence of clonal resistant and multidrug resistant
E. coli despite absence of antimicrobial use in weaned dairy heifer rearing systems in Switzerland
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本研究在瑞士30个农场对486头犊牛进行两次采样，分离966个大肠杆菌。结果显示，耐药率较低（7.3%-14.2%），但存在克隆传播耐药菌，即使在未使用抗生素的农场中也发现相同表型的菌株。提示犊牛群体可能成为耐药菌的潜在储菌库，需纳入One Health策略。
R.M. Schmid | E. Studer | A. Kapopoulou | B. Yilmaz | J. Becker
瑞士伯尔尼大学Vetsuisse学院反刍动物诊所
摘要
在瑞士的牛群中，抗菌药物的使用非常普遍，尤其是在犊牛、育肥公牛和奶牛中，治疗频率很高。相比之下，母牛中的抗菌药物使用率非常低。目前尚不清楚这些牛群中存在多少对抗菌药物具有抗性的细菌，以及哪些抗性表型较为常见。在本研究中，我们在30个采用最常见饲养系统的农场中，对母牛进行了为期三个月的跟踪观察（从春季到秋季），通过直肠拭子采样共采集了486头母牛的样本（每头母牛采样两次），从中分离出966株大肠杆菌（Escherichia coli）。我们利用盘扩散法对这些菌株进行了表型检测，以推断抗菌药物抗性的流行情况；对于那些疑似在牛群中持续存在的抗性菌株，还进行了全基因组测序分析。采样时的表型抗性流行率为7.3%-14.2%（即有超过一种药物抗性的菌株）。最常见的抗性表型是对链霉素和四环素的抗性（n=37），而sul2和tetB是最常见的抗性基因。令人惊讶的是，在两个未使用抗菌药物的农场中，分别在春季和秋季从同一头母牛体内分离出了具有相同抗性表型的大肠杆菌。来自这两个农场的菌株在单核苷酸多态性（SNP）上存在差异，这表明这些菌株可能携带克隆抗性。造成这一现象的潜在原因包括：某些抗性菌株在停止选择压力后仍能在牛肠道中长期存活；或者通过其他动物或无生命物体在牛群中传播。因此，在制定应对抗菌药物抗性的“同一健康”（One Health）策略时，也应考虑那些抗菌药物使用较少的畜牧业类别。
引言
瑞士牛群中的抗菌药物使用率很高，其中犊牛、育肥公牛和奶牛的抗菌药物使用量在所有畜牧业类别中最高（瑞士联邦食品安全与兽医办公室，2024年）。2020年，瑞士在乳腺内注射产品的销售量方面超过了30个欧洲国家（Pucken等人，2021年）。据记录，准备用于奶牛生产的断奶前犊牛也大量使用了抗菌药物，因为这些犊牛常因呼吸道疾病、腹泻和脐带问题接受治疗（Luginbühl等人，2012年；Lava等人，2016年；Pipoz和Meylan，2016年；Schnyder等人，2019年；Becker等人，2020年）。欧盟的一项研究也表明（瑞典），断奶前奶牛使用抗菌药物主要是为了治疗呼吸道疾病和腹泻（Ortman和Svensson，2004年）。瑞士断奶前犊牛和奶牛中高频率的抗菌药物使用与指示菌株中的高抗菌药物抗性率（48%-55%）（Becker等人，2022年；Nüesch-Inderbinen等人，2022年）以及犊牛中的机会性呼吸道病原体（71.9%-93%）（Sch?necker等人，2020年；Becker等人，2022年）相关，这些数据与国际报告的结果相当（Tree等人，2025年）。有趣的是，有研究表明，90%的抗菌药物是在犊牛和母牛出生后的前210天内给予的，这表明较年长的母牛中的抗菌药物抗性可能较低（Ortman和Svensson，2004年）。
然而，关于断奶后奶牛中抗菌药物使用和抗菌药物抗性的欧洲研究较少。在美国，有少量研究表明断奶后奶牛中的抗菌药物使用率较高。研究者推测，断奶前犊牛中的抗菌药物使用会对呼吸道中的巴斯德菌科（Pasteurellaceae）产生选择压力，这种压力可能会持续到断奶后（Depenbrock等人，2021年；Depenbrock等人，2024年）。在瑞士，仅有一项针对两岁以下牛群的抗菌药物抗性研究。该研究表明，在屠宰场采集的粪便样本显示，年轻牛群更容易携带产广谱β-内酰胺酶（ESBL）的大肠杆菌（Reist等人，2013年）。但由于研究中同时使用了奶牛犊和犊牛的样本，难以进行直接比较；此外，由于样本是在屠宰场采集的，因此无法研究其与饲养系统的关联。因此，我们对断奶后母牛群体中抗菌药物使用和抗菌药物抗性的理解存在明显不足。
普遍认为抗菌药物的使用是抗菌药物抗性的主要驱动因素（世界卫生组织，2018年）。瑞士母牛中的抗菌药物使用率较低（瑞士联邦食品安全与兽医办公室，2024年），因此我们预计其抗菌药物抗性也会较低。然而，其他研究并未发现抗菌药物使用与抗菌药物抗性之间存在关联（Call等人，2008年；Coe等人，2008年），或者抗菌药物使用并非导致抗菌药物抗性的唯一因素（Morgan Bustamante等人，2024年）。尽管在这些牛群中没有使用四环素，但仍然发现了对该药物具有抗性的大肠杆菌，且抗性决定因子的持续存在也被提出（Walk等人，2007年）。有研究认为，克隆传播可能是导致抗性大肠杆菌在牛群中持续存在的因素之一（de Lagarde等人，2023年）。另一个可能的因素是抗性大肠杆菌向其他物种（如苍蝇和啮齿动物）的传播（Hickman等人，2022年）。因此，为了了解母牛群体中抗菌药物使用和抗菌药物抗性的相关因素，解决这一认知空白至关重要，因为目前尚不清楚替代母牛是否可能成为抗菌药物抗性的潜在储存库。
在瑞士，夏季母牛的饲养方式有两种：a) 母牛在高山放牧区放牧（大约从五月底到十月初）；b) 母牛在低地农场饲养。高山放牧在阿尔卑斯山区有着悠久的历史，主要是因为这些牧场能提供额外的饲料（瑞士联邦文化办公室，2024年）。瑞士有超过7000个高山农场，占全国耕地面积的三分之一（Agroscope，2025年）。
本研究旨在：（1）明确具有抗性和/或多重抗性的大肠杆菌的流行情况；（2）探讨这两种饲养方式是否同样与抗菌药物使用和抗菌药物抗性的流行相关；（3）利用先进的全基因组测序技术研究具有特定和重复表型的菌株的克隆传播机制。本研究旨在加深我们对母牛饲养方式及其在瑞士抗菌药物抗性背景下流行病学作用的理解。
伦理批准
本研究已获得相关机构的批准（BE128/2022）。研究参与者的主人已签署书面知情同意书。
农场招募
本研究纳入了夏季采用瑞士两种最常见奶牛饲养方式的农场：（1）母牛可以在高山牧场放牧的农场；（2）母牛放牧空间有限的低地农场。2022年秋季，研究人员联系了这些农场。
农场信息
共有30个农场参与了研究（每种饲养方式各15个农场）。其中两名农场在春季采样前退出了研究：一个低地农场因人手不足，另一个高山农场因未能获得母牛主人的同意。因此，实际访问了28个农场（每种饲养方式各14个农场）。表2提供了这些农场的详细信息。虽然春季时两种饲养方式的牛群规模没有差异，但...
讨论
尽管由于这一生产类别中抗菌药物使用率较低（瑞士联邦食品安全与兽医办公室，2024年），我们预期大肠杆菌中的抗菌药物抗性率也会较低，但研究结果却意外地发现了具有抗性和多重抗性的大肠杆菌的持续存在，尽管这些农场并未使用抗菌药物。众所周知，当抗菌药物选择压力增加时，从牛犊中分离出的大肠杆菌的抗性决定因子的多样性会增加，反之则会减少...
人工智能工具的使用
本研究未使用任何人工智能工具。
资金支持
本研究得到了瑞士苏黎世Gebauer基金会和伯尔尼大学Vetsuisse学院的SpezKo委员会的支持。资助方未参与研究的任何环节，包括研究设计、数据收集、数据分析或结果报告。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务利益和个人关系：Jens Becker博士报告称获得了Gebauer基金会的财务支持；Robin Schmid报告称获得了伯尔尼大学Vetsuisse学院SpezKo委员会的支持。如果还有其他作者，他们也声明没有已知的财务利益或个人关系可能构成利益冲突。
致谢
我们感谢伯尔尼大学下一代测序平台提供了高通量测序服务。
