Analysis of Molecular Epidemiological Properties of Staphylococcus aureus Isolates from Domestic Animals and Human Patients by PCR

This study was conducted to analyze the molecular epidemiological properties and to select the most efficient and reliable PCR method on 116 of Staphylococcus aureus (S. aureus) isolates from Korean cattle, black goat, pig, dog, chicken, mouse and also human clinical cases from hospital. The distribution patterns of SSG [species specific genes; coagulase (coa), protein A (spa), nuclease (nuc) and aroA (RsaI) gene] were analyzed by PCR method. Among the SSGs, the nuc-gene was found in all strains $(100\%)$ tested and followed by coa-gene $(87.9\%)$, spa-gene $(91.4\%)$ and aroA-gene $(26.7\%)$, in order. The genetic subtyping by RFLP method was performed on the coa [AluI] and aroA-gene [RsaI] PCR products. The mecA-gene PCR and PCR-RFLP techniques were chosen to detect and verify of MRSA strains. Only the human strains $(12.1\%)$ were detected the positive mecA-gene products (533 bp), which were divided into two specific bands [201 & 332 bp] by HhaI enzyme digestion. On coa-gene and spa-gene typing, coa-gene was typed with ten kinds of genotype and coa-3 type were determined as the most predominant genotype, while spa-gene was divided into eleven kinds of genotype and also spa-7 type were selected the most prevalent genotype based on their genetic variations. On the aroA and coa-gene subtyping by PCR-RFLP, aroA-gene products were discriminated with only seven types of genotype, while coa-gene products were further divided into an eleven genotype, respectively. In comparison of SID values of five PCR based typing methods, the coa-PCR-RFLP (SID0.894) was evaluated the most efficient and reliable tools and followed by coa-PCR (SID0.883) and aroA-PCR-RFLP (SID0.462), in order. In conclusion, we could determined that the coa-PCR-RFLP method was the most suitable genetic analysis tool for S. aureus and MRSA strains from domestic animals and humans.

Polymerase Chain Reaction을 활용한 국내 동물과 사람환자에서 분리한 Staphylococcus aureus 분리주의 분자역학적 특성분석

국내 사육 하우 염소, 돼지, 개, 닭 및 마우스 등을 포함한 각종 동물과 사람환자에서 분리한 총 116주의 S. aureus 분리주에 대해서 5종의 PCR 기법을 적용하여 분자역학적 특성을 분석하였다. 먼저 종특이 유전자(SSG: aroA, coa, nuc 및 spa-gene)의 다양성을 PCR 기법으로 조사하였고, 또한 약제내성의 MRSA 균주의 분포양상과 내독소(Enterotoxin)산생유전자(SE)의 분포양상에 대해서도 조사하였다. 그리고 이 연궁선 수행한 5종의 PCR 기법 들이 생산한 개별성적을 객관적으로 비교하여, 가장 신뢰도 높고 효율적 PCR기법을 선발하였다. 먼저 PCR기법을 적용한 SSG의 분포양상 조사에서는 $nuc-gene\;(100\%)$, $spa-gene\;(91.4\%)$, $coa-gene\;(87.9\%)$, 및 $aroA-gene\;(26.7\%)$의 빈도로 조사되었다. 그리고 aroA와 coa-gene PCR 증폭산물에 대한 RsaI과 AluI 효소로 소화시킨 RELP 성적에서 coa-Bene PCR-RFLP에서는 모두 10 type의 con-type이 동정되었고, 그중 coa-3 type (809 bp)이 닭, 마우스, MRSA 및 사람유래 균주를 포함한 총 36주 $(33.0\%)$로서 가장 대표적인 genotype으로 결정되었다. 반면에 aroA-gene PCR-RELP에서는 단지 7 type의 genotype만이 산생되어 대조를 보였고, 17주 $(73.9\%)$가 대표적인 그룹으로 분류되었다. 한편 spa-gene PCR에서는 총 11 type의 spa-type이 확인되었고, 그중 spa-7 type (9 repeats; 263 bp)이 한우, 닭, 개, 염소, 마우스 및 MRSA 균주 등을 포함한 총 39주 $(34.8\%)$로서 가장 대표적인 genotype으로 결정되었다. 또한 총 116주에 대해 MRSA 균주의신속한 검출을 위해서 mecA-gene PCR을 적용하였던 바, 단지 사람유래의 14주 $(12.1\%)$에서만 양성의 증폭산물 (533 bp)이 검출되었고, 이들 증폭된 PCR산물의 유전학적 검증을 위해 HhaI으로 소화시켰던바 14주 모두 $(100\%)$가 알려진 2개의 DNA band (332 & 201 bp)로 양분되어 유전자수준에서 MRSA 양성균주로 검증되었다. 한편 내독소 산생유전자 (SE-gene)는 multiplex-PCR기법으로 조사하였으며 sea-gene $(63.7\%)$이 가장 지배적이었고, 이어서 seb-gene $(10.0\%)$ 및 sec-gene $(7.2\%)$의 순서였다. 특히 sea+sec의 2종의 SE genes를 보유한 균주도 11주로서 가장 많았으며 그 외에도 sea+seb (2주)및 seb+see (1주) genes를 보유한 균주도 함께 검출되었다. 최종적으로 5종의 PCR기법들이 생산한 성적들을 수치 (SID)로 변환하여 객관적으로 감별능력 (DA)을 비교하였던바, aroA-gene PCR-RFLP는 가장 저조한 DA [SID=0.462]을 나타내었고, 반면에 coa-gene PCR-RELP는 5종의 분석기법 중에서 가장 신뢰도 높은 DA [SID=0.894]을 발현하였다. 따라서 현재의 연구결과con-gene PCR-RELP기법이 사람을 포함한 다양한 동물종유래 S. aureus 균주들의 유전학적 분석목적에 가장 신뢰도 높고 감별능력이 뛰어난 분석기법으로 선발되었다.