Epidemiologische Untersuchungen zur Prävention und Kontrolle von Infektionserkrankungen durch Shigatoxin-produzierende Escherichia coli

Abstract

Infektionen mit Shigatoxin-produzierenden Escherichia coli (STEC) können beim Menschen schwere Erkrankungen, wie z. B. eine hämorrhagische Kolitis oder ein lebensbedrohliches hämolytisch-urämisches Syndrom (HUS) verursachen. Die STEC- Erkrankung ist eine Zoonose, das Erregerreservoir für diese Bakterien sind Wiederkäuer, vor allem Rinder. Die in Deutschland wesentlichen Übertragungswege und Risikofaktoren, sowie deren populationsattributablen Anteile, waren vor den hier vorgestellten Arbeiten weitgehend unbekannt. In einer bundesweit durchgeführten populationsbasierten Fall-Kontroll-Studie konnte international erstmalig gezeigt werden, dass die Risikofaktoren für den Erwerb von STEC-Erkrankungen altersabhängig sind. Kinder unter 3 Jahren, der Altersgruppe mit der höchsten Inzidenz sowohl von STEC-Erkrankungen als auch vom HUS, infizieren sich in erster Linie durch den Kontakt zu STEC- ausscheidenden Lebewesen (bzw. deren Fäzes), vor allem zu Wiederkäuern. Konsistent zu diesem Risikofaktor konnten wir in einer ökologischen Studie belegen, dass die Inzidenz gemeldeter STEC-Erkrankungen in Regionen mit großer Rinderdichte erhöht ist. Ein weiterer wichtiger Übertragungsweg bei Kindern ist zudem die Übertragung von Mensch zu Mensch im privaten Haushalt. In einer Kohortenstudie von Haushalten mit STEC O157-Erkrankungen waren das geringe Alter des Primärfalles sowie die Anwesenheit eines Geschwisterkindes Determinanten für Sekundärübertragungen im Haushalt; 4% aller Geschwisterkinder entwickelten ein lebensbedrohliches HUS. Daher sollte ein STEC O157-infiziertes Kind mit Gastroenteritis als infektionsmedizinischer Notfall gewertet werden, falls es ein Geschwisterkind hat, das im gleichen Haushalt lebt. In modellhaften Berechnungen konnte gezeigt werden, dass knapp die Hälfte aller Sekundärerkrankungen verhindert werden könnten, wenn Indexfälle unmittelbar nach dem labordiagnostischen Nachweis von ihren unter 10-jährigen Geschwisterkindern räumlich getrennt würden (z.B. durch Hospitalisierung). Kinder über 10 Jahre, in erster Linie Erwachsene, erkranken primär durch den Verzehr kontaminierter Lebensmittel. Eine Assoziation mit STEC-Erkrankung wurde für den Verzehr von Lammfleisch und von streichfähigen Rohwürsten identifiziert, nicht jedoch mit Hackfleisch, dem klassischen Risikolebensmittel für diese Erkrankung. Aus Lebensmitteln wird eine Vielzahl unterschiedlicher STEC isoliert. Deren humanpathogenes Potenzial ist häufig nicht bekannt. Eine vergleichende Studie liefert Hinweise darauf, dass viele der aus Lebensmitteln isolierten STEC humanpathogenes Potenzial haben, jedoch nur wenige in der Lage sind, ein lebensbedrohliches HUS bei Kindern hervorzurufen. In einer Studie konnten wir zeigen, dass die Basis für die hohe Virulenz von STEC O157 darin zu suchen ist, dass die Mehrzahl der Stämme dieser Serogruppe die beiden wichtigsten Virulenzgene, stx2 und eae, tragen. Die hier vorgestellten Arbeiten bilden die Grundlage für Handlungsempfehlungen und die Prävention dieser Erkrankungen in Deutschland; sie sind bereits integraler Bestandteil der Empfehlungen des RKI.

Human infection with Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) can cause severe disease such as hemorrhagic colitis and life-threatening hemolytic uremic synsdrome (HUS). The reservoir for these bacteria is ruminants, predominantly cattle. The relevant transmission routes and risk factors for the disease and their population attributable fraction in Germany were mostly unknown before the studies presented here. Results of a population-based case- control study in Germany indicate that risk factors for STEC-associated disease are age-specific. In children below the age of three years, the population at greatest risk of acquiring STEC infection and developing hemolytic uremic syndrome, contact to infected individuals, particularly cattle, or their feces was the main risk factor for disease. Consistent to these results, an ecological study found a statistical association between reported STEC incidence and cattle density. Another important transmission route for children is person-to-person spread. In a cohort study of households affected by a large STEC O157 outbreak in Wales, United Kingdom, young age of the primary cases and having a young sibling of the primary case in the household were determinants for households in which secondary transmission occurred; 4% of all siblings developed HUS. Isolation of all symptomatic primary patients immediately after they receive microbiological diagnosis could potentially decrease the number of secondary household cases by 50%. For adult persons and children above the age of 10 years, STEC-associated disease in Germany is primarily foodborne. In the population-based case-control study, illness was associated with consumption of lamb and raw spreadable sausages, but not with ground beef, the "classical" risk food for this disease. A variety of different STEC is isolated from food, but their humanpathogenic potential is often not known. A comparison between STEC from food and from patients indicated that most STEC from food are pathogenic for humans. However, only few STEC from food are likely able to cause HUS. Although the genomic virulence determinants of STEC are not understood in its entirety, a study comparing virulence factors of STEC from HUS patients and gastroenteritis patients suggests that the more frequent carriage of the virulence genes stx2 and eae forms the basis of why STEC O157 predominates in patients with HUS. The results of the studies presented here form the basis of recommendations for the prevention of STEC infection in Germany, e.g., those published by the Robert Koch Institute.