Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การระบุหาสนิปบาร์โค้ดเพื่อตรวจหาเชื้อเอนเทอโรแบคทีเรียซีอีที่ดื้อต่อยาคาบาพีเนมและไม่ดื้อต่อยาคาบาพีเนมโดยการหาลำดับเบสด้วยนาโนพอร์

Year (A.D.)

2021

Document Type

Thesis

First Advisor

Voraphoj Nilaratanakul

Second Advisor

Natthaya Chuaypen

Faculty/College

Faculty of Medicine (คณะแพทยศาสตร์)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Medical Sciences

DOI

10.58837/CHULA.THE.2021.264

Abstract

Background: The continuous increase of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE) prevalence has been a serious problem for public health worldwide. In the previous study, 25% of 3864 Klebsiella pneumoniae isolates were carbapenem-resistant. One of the most important risks of bacterial drug resistance is the improper use of antibiotics. The routine antimicrobial-susceptibility test requires overnight and has a turnaround time of approximately 2–3 days which delays the proper antibiotics. This study aims to develop a technique to classify CRE and non-CRE by SNP barcode. Method: Forty Klebsiella pneumoniae (KP) clinical isolates were collected from 2020–2021 at King Chulalongkorn Memorial Hospital. Twenty samples were carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (CRKP), and 20 samples were not carbapenem-resistant (non-CRKP). Each isolate was sub-cultured at 37°C overnight for DNA extraction, library preparation, and Nanopore sequencing. Then, we assembled the bacterial whole genomes and analyzed their chromosomes by bioinformatic tools, including Snippy and OrthoFinder. Result: The phylogenetic tree generated by the Snippy tool can classify 40 KP clinical isolates into 3 clades. Most of non-CRKPs are in clades 1 and 2, while the CRKPs are mainly in clade 3. However, none of the SNPs is unique and useful in differentiation of CRKP from non-CRKP. Thus, SNP barcode cannot be defined from this study. In contrast, OrthoFinder, which compares amino acid sequences between orthologous genes, can clearly distinguish KPs into 4 clades, 1–2 for CRKPs and 3–4 for non-CRKPs. Two of twenty CRKPs are members of clades 3–4, while only 1 non-CRKP is in clade 1–2. Conclusion: Different tools generate quite different phylogenetic trees. SNPs from KP chromosomal DNA are not very different between CRKP and non-CRKP. In fact, plasmids and other mobile genetic elements, harboring drug-resistant genes, are frequently found in KPs. These can be horizontal transferred and may weaken the association between SNPs in bacterial chromosome and the carbapenem-resistance in KPs.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

หลักการ: ความชุกของเชื้อ carbapenem-resistant Enterobacteriaceae หรือ CRE ที่เพิ่มขึ้นในทุกปี เป็นปัญหาสำคัญของสาธารณสุขทั่วโลก การศึกษาก่อนหน้านี้พบว่าจำนวนตัวอย่างเชื้อ Klebsiella pneumoniae (KP) ทั้งหมด 3864 ตัวอย่าง พบเชื้อ KP ที่มีการดื้อต่อยา carbapenem ถึง 25% ถือว่าเป็นตัวเลขที่สูงมาก การดื้อยามีปัจจัยหลายอย่างซึ่งหนึ่งในนั้นก็คือการใช้ยาต้านจุลชีพเกินความจำเป็น อันเนื่องมาจากโดยปกติแล้วนั้นการวินิจฉัยหาเชื้อแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการจะต้องใช้เวลาในการเพาะเชื้อและทดสอบความไวของยาเป็นเวลา 2 ถึง 3 วัน ซึ่งทำให้เกิดความล่าช้าในการให้ยาต้านจุลชีพอย่างเหมาะสม วัตถุประสงค์: เพื่อหาแนวทางแยกเชื้อดื้อยา CRE และ non-CRE ด้วยการใช้ SNP barcode วิธีการศึกษา: เก็บ Klebsiella pneumoniae ทั้งหมด 40 ตัวอย่างในปี 2563 ถึง 2564 ภายในโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์สภากาชาดไทย โดย 20 ตัวอย่างแรกคือเชื้อ Klebsiella pneumoniae ที่ดื้อต่อยาcarbapenem (CRKP) และ 20 ตัวอย่างหลังคือเชื้อ Klebsiella pneumoniae ที่ไม่ดื้อต่อยาcarbapenem (non-CRKP) จากนั้นนำตัวอย่างมาเพาะเชื้อที่ 37 องศาเป็นเวลา 1 คืน เพื่อมาสกัดดีเอนเอและทำการหาลำดับเบสด้วยเทคนิค nanopore จากนั้นนำมาทำ whole genome assembly แล้วสร้าง phylogenetic tree ของ KP chromosome ด้วยโปรแกรมSnippy และ OrthoFinder รวมทั้งหา SNP barcode ที่ช่วยแยก CRKP ออกจาก non-CRKP ผลการศึกษา: ผลจากโปรแกรม Snippy พบว่า phylogenetic tree แบ่งออกได้เป็น 3 clade โดยแต่ละส่วนใหญ่เชื้อ non-CRKP จะอยู่ใน clade 1 และ 2 ส่วนเชื้อ CRKP ส่วนใหญ่จะอยู่ใน clade 3 อย่างไรก็ตามไม่พบว่ามีชุด SNP ใดที่สามารถใช้ในการแยก CRKPออกจาก non-CRKP ได้ ในขณะที่ phylogenetic tree ที่ได้จากโปรแกรม OrthoFinder สามารถแบ่งได้เป็น 4 clade โดยมี CRKP ใน clade 1–2 แยกกันอย่างชัดเจนกับ non-CRKP ใน clade 3–4 ทั้งนี้มีเพียง 2 ตัวอย่างของเชื้อ CRKP ที่อยู่ใน clade 3–4 และมีเพียง1 ตัวอย่างของเชื้อ non-CRKP ที่อยู่ใน clade 1–2สรุปผลการศึกษา: การสร้าง phylogenetic tree ในแต่ละโปรแกรมมีการใช้หลักการในการสร้าง phylogenetic tree แตกต่างกันออกไป ทำให้มีผลที่ออกมาที่แตกต่างกัน การที่ phylogenetic tree ไม่สามารถแบ่ง CRKP และ non-CRKP ออกเป็น clade ที่แยกจากกันชัดเจน รวมถึงไม่สามารถสร้าง SNP barcode ได้ อาจเป็นเพราะ ยีนดื้อยาส่วนมากอยู่บนพลาสมิดในกรณีของเชื้อ KP ทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างการดื้อยากับ SNP บนโครโมโซมของ KP ไม่ชัดเจน

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.