This habilitation thesis summarizes the results of 10 scientific publications (references: paper1-10) addressing the topic "Emergence of antimicrobial resistant bacteria in and beyond companion animal medicine”. The first chapter’s intention is to introduce my research area to the reader by providing basic information on the occurrence of antimicrobial resistance (AMR) in bacteria, including general resistance mechanisms, distribution and spread in different ecological environments and the commonly applied clinical classifications relevant for the veterinary medicine field. The following section characterizes the nature of health care associated infections (HAIs) in human and veterinary medicine, including baseline similarities and differences. Subsequently, bacterial pathogens exhibiting particular antibiotic resistances are introduced. Here, a strong focus is set on AMR bacteria frequently associated with HAIs in human and veterinary medicine, which are therefore also considered as “indicator pathogens”. Since β-lactams such as penicillins and cephalosporins are known for their excellent pharmacokinetic properties which is commonly accompanied by a low toxicity for mammals, this group of active substances is of particular importance for antimicrobial treatment of bacterial infectious diseases in both humans and animals. Infections with indicator pathogens harboring resistance towards β-lactams such as Staphylococcus aureus [methicillin resistant S. aureus, (MRSA)] and Escherichia coli [Extended-Spectrum β-Lactamase (ESBL)-producing E. coli (ESBL-E. coli)] are therefore often accompanied by treatment failure. Since antibiotics belonging to this group are among the “first choices” for empirical treatment of infectious diseases, including life-threatening scenarios such as septicemia, collaborative efforts to limit spread of β-lactam resistance are currently an important goal in human- and veterinary medicine. Additional resistances towards further classes of antibiotic substances are frequently associated with MRSA and ESBL-E. coli, leading to a further reduction of therapeutic possibilities in case of infection. In the second chapter, the publications’ results are summarized into four distinct sections. First, the importance of HAI in small animal and equine medicine is illustrated by a literature review considering outbreak events reported so far. A brief historical sketch reveals that problems due to HAI in animal clinics, including cases of zoonotic transmission, have been known since at least 1961. While there have been numerous reports in the past highlighting the technical and scientific developments during the last decades in companion-animal medicine, other important fields such as hygiene management, infection control and occupational safety of employees still lack comparable achievements. The current challenges faced by companion animal clinics are described by studies evaluating the introduction rates for multi drug resistant (MDR) indicator pathogens via colonized horses in a large German university clinic. Overall, n = 341 horses representing distinct medical indications (i.e. 233 horses with "colic symptoms" and 108 with "open wounds") were sampled immediately upon hospital admission. The overall screening results showed that MRSA was detected in 3.5% of the nasal swabs and ESBL-Enterobacteriaceae in 10.3% (mainly ESBL-E. coli) of the fecal samples. Subsequent molecular typing of the isolates showed that all MRSA belonged to sequence type (ST) 398, the currently predominating MRSA lineage identified in clinical samples of horse origin in Europe. In contrast, ESBL-E. coli showed a broad heterogeneity in genomic backgrounds associated with the β-lactam resistance. However, isolates belonging to ST complexes (STC) 1250 (31.7%) and STC10 (19.5%) clearly dominated the collection. Notably, all MRSA and ESBL- E. coli isolates isolated in these studies showed additional antimicrobial resistances to a minimum of three further classes of antibiotics. For assessment of a particular AMR situation in certain bacterial pathogens and/or environments, e.g. if surveillance of AMR in a pathogen causing HAI is needed, an unambiguous species identification is mandatory. Species identification is essential for sound interpretation of antimicrobial sensitivity testing (AST) results and therefore a prerequisite to classify the resistance phenotype of the pathogen correctly. Moreover, species identification is also needed for precise interpretation of additional results gained by other molecular biological methods. A combination of bacterial genome analysis with matrix-assisted laser desorption ionization - time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) allowed us to differentiate between the species Staphylococcus intermedius, S. delphini and S. pseudintermedius, which was previously a time-consuming and uncertain approach. Since methicillin resistant S. pseudintermedius (MRSP) are often associated with resistances towards several other antimicrobials, a rapid and reliable species identification using MALDI-TOF MS promotes early and targeted antimicrobial therapy in cases of infection and, if necessary, the initiation of additional hygiene measures to prevent its spread. The following results demonstrate the overwhelming importance of constant adjustments of microbiological diagnostic screening methods for identification of MDR: In 2011, a novel variant of the methicillin resistance gene (later: mecC) was described for MRSA of cattle and human origin. A study we immediately initiated identified mecC-MRSA in clinical samples from horses, dogs, cats, wild animals and rodents. Here, the “weak” expression of the resistance phenotype, now known to be a common feature of mecC-MRSA, was a challenge to classify an isolate as MRS, which was achieved after diagnostic adjustments. As described above, methicillin resistance is often associated with other resistances, e.g. towards tetracyclines, zinc and arsenic compounds. Our detailed analysis of the integration site for the methicillin resistance-mediating mobile genetic element in staphylococci was identified as a "hot spot" for recombination events: We discovered a mosaic-like genomic structure which is prone to integration of mobile resistance-mediating elements of different types. The combination of up-to-date microbiological diagnostics with classical principles of infection epidemiology allowed us to answer important questions concerning possible transmission scenarios for MDR pathogens in companion animal clinics and identify risk factors for MRSA infections in these animals. In 2012, the ability of MRSA to cause HAI in companion animals and its importance as an indicator pathogen for veterinary medicine was already known. At that time however, similar information was not available for ESBL- E. coli. To address this deficit, we retrospectively investigated several cases of serious infections caused by ESBL-E. coli in hospitalized horses in a veterinary clinic. Comparative analysis of molecular typing results obtained for 13 ESBL-E. coli together with the horses’ clinical data revealed a putative spatio-temporal relationship of the isolates, which probably reflected several transmission events between these patients. In another case-control study, we have examined the possible risk factors for wound infections caused by MRSA in horses, dogs and cats. Multivariable logistic regression identified the following variables as risk factors for MRSA infection compared to methicillin susceptible infection: (i) the number of employees working at the veterinary setting (n>10; p<0.001), (ii) antibiotic treatment prior to sampling (systemic: p=0.002; local: p=0.049, both: p=0.011) and (iii), surgical site infection (p<0.001). Spa typing revealed clonal complexes (CC) previously known for hospital-associated lineages spreading in human health-care settings in Germany (i.e. CC5 and CC22) as the dominating lineages among isolates of dog and cat origin. Equine MRSA belonged nearly exclusively to CC398, a CC previously described as a nosocomial pathogen in equine clinical settings. While performing the studies mentioned above, we considered whether transmission of relevant AMR bacteria between pets and their owners (e.g. MRS) occur outside the typical hospital environment, and further, which circumstances and human behavioral patterns might influence such events. Therefore, we investigated different aspects of the human-to-dog relationship together with MRS carriage at a dog show in 2009. We introduced a questionnaire accompanied by a screening program of the nasal swabs of dog owners (108) and their dogs (108) with respect to staphylococci. S. aureus was identified in swabs obtained from 20 (18.5%) humans and two dogs (1.8%), respectively. 15 dogs (13.9%) and six owners (5.6%) harbored S. pseudintermedius, including one MRSP. Interestingly, 68.5% of the dog owners allowed their dog(s) to rest on the sofa, 39.8% allowed their dog(s) to lay on their bed, 93.5% let them lick their hands, and 52.8% let them lick their face. A bivariate analysis of putative risk factors showed that dog owners who kept more than two dogs were significantly more likely to become colonized with S. pseudintermedius than those who kept only one or two dogs (p<0.05). The results section closes with the most recent results, which demonstrated the continuing adaptation of MDR bacteria to the companion animal hospital environment. We showed that equine MRSA-ST398 have acquired different mobile genetic elements (i.e. pathogenicity islands, phages) harboring immune-modulating factors which impede the activation of the complement system, which is among the most important defense measures of the innate immune system towards invasive S. aureus infections. The equine MRSA harbored genes encoding variants of the staphylococcal complement inhibitor protein (SKIN), known for its function in subverting the complement system in plasma of humans, cattle, pigs and horses. These results clearly demonstrated the existence of extended host (EHSG) lineages and their characteristic flexibility with respect to niche- and host-adaptation. Chapter 3’s discussion section presents the general concepts of surveillance of antibiotic consumption, HAI and antibiotic resistance in human medicine, and expands the context with respect to the results of this habilitation thesis. The importance of HAI and MDR pathogens in companion animals for human health is pointed out and current developments in this area are discussed. With regard to integrated surveillance for antibiotic resistance, antibiotic consumption and HAI, a "best practice" model featuring the One Health concept is outlined. This is followed by a discussion of prospects for small animal and horse medicine, taking into account realistic human and financial resources to establish fundamental surveillance structures. The following section summarizes the key factors for HAI prevention in veterinary clinics. In particular, technical progress (i.e. genomics/bioinformatics) in the field of molecular epidemiology has contributed to these findings, a development which is reflected in the publications presented. Finally, possible reasons for the occurrence of MDR pathogens in animal clinics are given, using horse clinics as an example. The occurrence of ESBL-E. coli and MRSA belonging to EHSG-lineages explain why further research on these MDR pathogens is necessary, especially with respect to further host- and niche-adaptation. In summary, the publications presented make it clear that research on EHSG pathogens and their importance has only just begun. New methods of molecular epidemiology currently (2020) offer completely new opportunities to study adaptive changes in bacterial genomes in large, representative studies. However, care is needed with respect to establishment of a suitable, representative isolate collection, which is of crucial importance for the validity of the studies. Integrated One Health surveillance, as outlined in this document, could reflect the current importance of MDR EHSG pathogens for human and veterinary medicine. An integrated approach would lead to a better understanding of the bacterial adaptation processes to ecological niches as a whole and reveal new, epidemiologically significant developments in a timely manner, whereas currently we can often only trace these types of developments in retrospect.
References paper1 Walther, B., K. Tedin, and A. Lübke-Becker, Multidrug-resistant opportunistic pathogens challenging veterinary infection control. Vet Microbiol, 2017. 200: p. 71-78. paper2 Walther, B., Klein, K.S., Barton, A.K., Semmler, T., Huber, C., Wolf, S.A., Tedin, K., Merle, R., Mitrach, F., Guenther, S., Lübke-Becker, A., Gehlen, H., 2018. Extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Escherichia coli and Acinetobacter baumannii among horses entering a veterinary teaching hospital: The contemporary "Trojan Horse". PLoS One 13, e0191873. paper3 Murugaiyan, J., Walther, B., Stamm, I., Abou-Elnaga, Y., Brüggemann-Schwarze, S., Vincze, S., Wieler, L.H., Lübke-Becker, A., Semmler, T., Roesler, U., 2014. Species differentiation within the Staphylococcus intermedius group (SIG) using a refined MALDI-TOF MS database. Species differentiation within the Staphylococcus intermedius group using a refined MALDI-TOF MS database. Clin Microbiol Infect 20(10): 1007-1015. paper4 Walther, B., Wieler, L.H., Vincze, Sz., Antão, E.-M., Brandenburg, A., Stamm, I., Kopp, P.A., Kohn, B., Semmler, T., Lübke-Becker, A., 2012b. MRSA variant in companion animals. Emerg Infect Dis 18, 2017-2020. paper5 Semmler, T., Harrison, E.M., Lübke-Becker, A., Ulrich, R. G., Wieler, L. H., Guenther, S., Stamm, I., Hanssen, A. M., Holmes, M. A., Vincze, Sz., Walther, B. 2016. A Look into the Melting Pot: The mecC-Harboring Region Is a Recombination Hot Spot in Staphylococcus stepanovicii." PLoS One 11(1): e0147150. paper6 Walther B, Lübke-Becker A, Stamm I, Gehlen H, Barton AK, Janssen T, Wieler LH, Guenther S. Suspected nosocomial infections with multidrug resistant E. coli, including extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing strains, in an equine clinic. Berl Muench Tieraerztl Wochenschr. 2014, 127(11-12):421-427. paper7 Vincze S., Brandenburg, A.G., Espelage W., Stamm I., Wieler L. H., Kopp P. A., Lübke-Becker A., Walther B., 2014. Risk factors for MRSA infection in companion animals: Results from a case-control study within Germany. Intl J Medical Microbiol 10/2014; DOI: 10.1016/j.ijmm.2014.07.007 paper8 Walther, B., Hermes, J., Cuny, C., Wieler, L.H., Vincze, S., Abou Elnaga, Y., Stamm, I., Kopp, P.A., Kohn, B., Witte, W., Jansen, A., Conraths, F.J., Semmler, T., Eckmanns, T., Lübke-Becker, A., 2012a. Sharing more than friendship--nasal colonization with coagulase-positive staphylococci (CPS) and co-habitation aspects of dogs and their owners. PLoS One 7, e35197 paper9 Walther, B., Monecke, S., Ruscher, C., Friedrich, A.W., Ehricht, R., Slickers, P., Soba, A., Wleklinski, C.G., Wieler, L.H., Lübke-Becker, A., 2009a. Comparative molecular analysis substantiates a zoonotic potential of equine Methicillin- resistant Staphylococcus aureus (MRSA). J Clin Microbiol. 47, 704-710. paper10 Walther B., Klein K.S., Barton A.K., Semmler T., Huber C., Merle R., Tedin K., Mitrach F., Lübke-Becker A., Gehlen H. Equine Methicillin-Resistant Sequence Type 398 Staphylococcus aureus (MRSA) Harbor Mobile Genetic Elements Promoting Host Adaptation. Front Microbiol 2018, 9:2516.
Diese Habilitationsschrift ist eine Zusammenfassung der Ergebnisse aus insgesamt 10 Publikationen mit dem Titel „Auftreten von Antibiotika-resistenten Bakterienspezies in der Kleintier- und Pferdemedizin und darüber hinaus“, welche aufgrund der jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkte in vier Themenkomplexe untergliedert sind. Die den Ergebnissen vorangestellte Einleitung stellt das Forschungsgebiet insgesamt vor und bietet grundlegende Informationen zum Vorkommen von Antibiotikaresistenzen in Bakterien, deren Verbreitungswege sowie die für die Veterinärmedizin klinisch relevanten Klassifikationen. Es folgt eine kurze Einführung in das Thema „Health care“ assoziierte Infektionen (HAI) in der Human- und Veterinärmedizin, einschließlich einer Gegenüberstellung von grundsätzlichen Gemeinsamkeiten und Unterschieden. Im Anschluss werden die bakteriellen Pathogene mit Antibiotikaresistenzen vorgestellt, die von besonderer Bedeutung für HAIs in der Human- wie auch in der Veterinärmedizin sind und daher auch als „Indikatorpathogene“ gelten. Da β-Lactame wie Penicilline oder Cephalosporine im Allgemeinen hervorragende pharmakokinetische Eigenschaften besitzen bei gleichzeitig guter Verträglichkeit und geringer Toxizität, ist diese Wirkstoffgruppe besonders wichtig für die empirische Therapie von bakteriellen Infektionskrankheiten bei Menschen und Tieren. Resistenzen gegen β-Lactame in Indikatorpathogenen wie Staphylococcus aureus [Methicillin-resistente S. aureus, (kurz MRSA)] und Escherichia coli [(engl.) „Extended-Spectrum β-Lactamase“ (ESBL)- bildende E. coli (ESBL-E. coli)] wirken sich oftmals nachteilig auf den Behandlungserfolg aus, zumal Antibiotika dieser Gruppe für viele medizinische Indikationen Mittel der ersten Wahl darstellen. Zusätzliche Resistenzen gegenüber weiteren Wirkstoffklassen sind häufig mit diesen MRSA und ESBL-E. coli assoziiert, so dass sich die therapeutischen Möglichkeiten im Falle einer Erkrankung weiter verringern. Im 2. Kapitel werden die Ergebnisse der hier vorgestellten Publikationen in thematisch gegliederten Abschnitten zusammengefasst und eingeordnet. Zunächst wird die Bedeutung von HAI in der Kleintier- und Pferdemedizin durch Literatur zu Ausbruchsgeschehen mit den jeweils verantwortlichen Infektionserregern verdeutlicht. Diese Analyse zeigte, dass seit 1961 die Problematiken durch HAI in Tierkliniken sowie der Aspekt der möglichen wechselseitigen Übertragung von HAI-assoziierten Infektionserregern zwischen Mensch und Tier bekannt sind. Vielfach wurde in der Vergangenheit geschildert, dass im Hinblick auf Hygienemanagement, Infektionskontrolle sowie Arbeitsschutz der beschäftigten Mitarbeiter in der Veterinärmedizin ein vergleichsweise zu geringer Fortschritt zu verzeichnen ist. Mit welcher tatsächlichen Erregerlast Tierkliniken konfrontiert sein können, zeigen Ergebnisse zum Eintrag von multi-resistenten Infektionserregern (MRE) in eine große Deutsche Universitätspferdeklinik durch kolonisierte Pferde. Insgesamt wurden n= 341 Pferde, davon 233 mit dem Vorbericht „Kolik-Symptomatik“ und 108 mit dem Vorbericht „offene Wunde“ unmittelbar bei Klinikaufnahme beprobt. Die Screening-Ergebnisse insgesamt zeigten 3,5% MRSA-positive Nüsternabstriche sowie ESBL-Enterobacteriaceae in 10,3% (überwiegend ESBL-E. coli) der Kotproben. Die nachfolgende molekulare Typisierung der Isolate ergab, dass alle MRSA dem Sequenztyp (ST)398 zuzurechnen waren, der derzeit prädominanten Linie in Europa in Verbindung mit klinischen MRSA-Nachweisen beim Pferd. Bei den ESBL-E. coli zeigte die phylogenetische Analyse eine Vielzahl von unterschiedlichen Genotypen, es dominierten jedoch Isolate der ST Komplexe (STC)1250 (31,7%) und STC10 (19,5%). Alle MRSA und ESBL-E. coli Isolate zeigten zudem Resistenzen gegenüber mindestens drei weiteren Antibiotika-Wirkstoffklassen. Für die Bewertung der Resistenzsituation von Bakterien in beispielsweise einem bestimmten Umfeld, im Zusammenhang mit HAIs, oder für deren systematische Erfassung im Rahmen einer Surveillance, ist zunächst eine eindeutigen Speziesidentifizierung unerlässlich. Erst danach können die Ergebnisse der Empfindlichkeitstestung gegen Antibiotika und ggf. molekularbiologischen Ergebnisse sachgerecht für ein bestimmtes Isolat interpretiert werden. Durch Kombination von Genomanalyse mit (engl.) matrix-assisted laser desorption ionization - time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) ist es gelungen, die für die veterinärmedizinische Diagnostik wichtige, eindeutige und schnelle Differenzierung zwischen den Spezies S. intermedius, S. delphini und S. pseudintermedius per MALDI-TOF MS vorzunehmen, die zuvor sehr zeitaufwendig und unsicher war. Da Methicillin-resistente S. pseudintermedius-Isolate (MRSP) häufig mit zahlreichen weiteren Resistenzen assoziiert sind und es Berichte über HAI durch MRSP in Kleintierkliniken gibt, ermöglicht nun die schnelle Diagnostik dieser Spezies per MALDI-TOF MS u.a. eine rasche und gezielte Therapie sowie ggf. die Einleitung von zusätzlichen Hygienemaßnahmen. Wie wichtig auch die ständige Anpassung der diagnostischen Screening-Methoden für MRE ist, zeigen die folgenden Ergebnisse: 2011 wurde erstmals eine neue Variante des Methicillin-Resistenzgens (später: mecC) bei MRSA von Rindern und Menschen beschrieben. Eine von uns umgehend eingeleitete Studie wies mecC-MRSA auch in klinischen Proben von Pferden, Hunden, Katzen, Wildtieren und Nagetieren nach, wobei die schwache Expression des Resistenzphänotyps bei mecC-MRSA eine Herausforderung für die Diagnostik insgesamt darstellt und Anpassungen erforderte. Methicilin-Resistenz ist häufig mit anderen Resistenzen, z.B. gegen Tetrazykline, Zink und Arsen, assoziiert. Unsere detaillierte Analyse der Integrationsstelle für das Methicillinresistenz-vermittelnde mobile genetische Element im Genom von Staphylokokken identifizierte einen „Hot-spot“ für Rekombinationsereignisse, wodurch diese Region häufig eine mosaikartige genomische Struktur aufweist, in die sich mobile, resistenzvermittelnde Elemente, insgesamt leicht integrieren können. Die Verbindung einer „up-to-date“ mikrobiologischen Diagnostik mit Methoden der klinischen Infektionsepidemiologie ermöglichte darüber hinaus die Beantwortung wichtiger Fragestellungen zu möglichen Transmissionsszenarien von MRE in Tierkliniken und die Identifikation von Risikofaktoren für MRE-Infektionen in der Kleintier- und Pferdemedizin – und- darüber hinaus. An den folgenden Beispielen soll dieser Zusammenhang beispielhaft erläutert werden. Während für MRSA 2012 bereits bekannt war, dass diese HAI Indikatorpathogene mit Ausbruchsgeschehen in Tierkliniken in Verbindung stehen können, war dies für ESBL-E. coli damals noch unklar. Daher haben wir mehrere Fälle von z.T. schweren Infektionen durch ESBL-E. coli bei hospitalisierten Pferden in einer Tierklinik retrospektiv untersucht. Durch die Analyse von molekularen Typisierungsergebnissen von 13 ESBL-E. coli mit den klinischen Daten der erkrankten Pferde konnte der wahrscheinliche spatio-temporale Zusammenhang der Isolate rekonstruiert werden, so dass es wahrscheinlich mehrere Transmissionsereignisse gab, die zu den Fällen führten. In einer weiteren Studie wurden die möglichen Risikofaktoren für eine Wundinfektion durch MRSA bei Pferden, Hunden und Katzen in einer Fall-Kontroll-Studie untersucht. Eine starke Korrelation für MRSA (n= 106) im Vergleich zu Methicillin-sensiblen S. aureus (n= 102) zeigte sich, wenn i) die Anzahl Beschäftigten in einer Praxis oder Klinik mindestens 10 war (p<0.001), ii) zuvor eine systemische Antibiose bei den Tieren erfolgte (p=0.002), oder iii) der Vorbericht „postoperative Wundinfektion“ lautete (p<0.001). Eine weitere Erkenntnis dieser Studie war, dass MRSA-ST398 in ganz Deutschland bei Pferden die am häufigsten nachgewiesene Genotyplinie ist. Aus diesen Ergebnissen wird deutlich, dass MRE in Zusammenhang mit HAI in Tierkliniken/-Praxen auftreten, und dass mindestens einige Risikofaktoren für Tiere, eine HAI durch MRE zu entwickeln, aus der Humanmedizin seit langem bekannt sind. Immer wieder kam während der oben genannten Untersuchungen die Frage auf, ob Bakterien mit relevanten Resistenzen, z.B. MRS, auch außerhalb des Hospitalmilieus zwischen Haustieren und ihren Besitzern übertragen werden können, sowie, welche Umstände und Verhaltensweisen dies möglicherweise begünstigen. Wir haben daher 108 Hundebesitzer nach ihren Gewohnheiten im Umgang mit Ihren Hunden gefragt und gleichzeitig Nasentupfer von allen befragten Menschen und deren Hunden auf MRSA und MRSP untersucht. S. aureus wurde in 18,5% (Mensch) und 1,8% (Hund) der Abstriche nachgewiesen, während S. pseudintermedius häufiger beim Hund (13,9%) als bei den Besitzern (5,6%) nachweisbar war. Ein MRSP wurde bei einem Hundebesitzer nachgewiesen. Viele Besitzer gaben an, sich im Gesicht ablecken zu lassen (52,8%), den Hund auf dem Sofa (68,5%) oder gar im Bett (39,8%) zu dulden. Eine bivariate Analyse möglicher Risikofaktoren ergab, dass Hundebesitzer, die mehr als zwei Hunde halten, eine signifikant höhere Wahrscheinlichkeit für einen S. pseudintermedius-Nachweis haben, als jene, die nur 1-2 Hunde halten (p <0,05). Wir kamen zu dem Schluss, dass die Übertragung von Staphylococcus spp. zwischen Hundebesitzern und ihren Hunden ungeachtet der möglichen Resistenzen generell möglich ist, eine Beobachtung welche seitdem vielfach bestätigt wurde. Der Ergebnisteil meiner Arbeit schließt mit den aktuellsten Ergebnissen, die die kontinuierliche Anpassung von MRE an das „Klinikmileu“ am Beispiel equiner MRSA-ST398 demonstrieren: Durch die Aufnahme unterschiedlicher mobiler Elemente mit immunmodulierende Virulenzfaktoren haben MRSA-ST398 von Pferden u.a. die Fähigkeit erlangt, die Aktivierung der Komplementkaskade zur Abwehr der eindringenden Bakterien, welche ein wichtiger Teil der angeborenen Immunantwort ist, zu verhindern. Die Überwindung des Komplementsystems durch S. aureus gilt als der entscheidende Schritt zu Beginn einer invasiven Infektion. Die von uns typisierten Isolate zeigten dabei drei vollkommen unterschiedliche Varianten des Komplement-inhibierenden (SKIN) Proteins, welche zuvor unterschiedlich starke Komplement-Inhibierungs-Aktivitäten im Plasma von Menschen, Rindern, Schweinen und Pferden gezeigt hatten. Eine Kombination dieser Faktoren in equinen Isolaten führte also unmittelbar zu verbesserten Überlebenschancen von MRSA-ST398 bei verschieden Tierarten und dem Menschen, ein klarer Beweis für die Existenz von EHSG (engl. Extended-Host Spectrum Genotype)-Linien, die sich durch ihre besonders flexible Adaptationsfähigkeit auszeichnen. Der Diskussionssteil der Arbeit in Kapitel 3 ordnet die Bedeutung der vorgestellten Ergebnisse in einen größeren Kontext ein und stellt dabei die generellen Konzepte der Surveillance von Antibiotikaverbrauch, HAI und Antibiotikaresistenzen in der Humanmedizin vor. Es wird die Bedeutung des Auftretens von HAI und MDR Pathogenen bei „companion animals“ für die Gesundheit von Menschen diskutiert sowie aktuelle Entwicklungen auf diesem Gebiet erörtert. Ein „best practice“ One Health Model-Konzept im Sinne einer integrierten Surveillance für Antibiotikaresistenz, Antibiotikaverbrauch und HAI wird skizziert, um fundamentale Surveillancestrukturen zu etablieren, gefolgt von Strategien für die Kleintier- und Pferdemedizin, unter Berücksichtigung realistischer personeller und finanzieller Ressourcen. Die Schlüsselfaktoren für die Prävention von HAI in Tierkliniken fasst der nachfolgende Abschnitt zusammen. Zu diesen Erkenntnissen hat vor allem der technische Fortschritt im Bereich molekulare Epidemiologie beigetragen, eine Entwicklung, die sich anhand der vorgestellten Publikationen nachzeichnen lässt. Es werden mögliche Gründe für das Auftreten von MDR Pathogenen in Tierkliniken, am Beispiel Pferdekliniken dargelegt. Abschließend wird an den für die Arbeit gewählten Beispielen ESBL-E. coli und MRSA erläutert, warum weitere Forschungen zu MDR Pathogenen und Ihrer Bedeutung für die Pferde- und Kleintiermedizin erforderlich sind, auch im Hinblick auf die Anpassungsfähigkeit bestimmter Genotyp-Linien dieser Bakterien an unterschiedliche Tierarten und den Menschen. Zusammenfassend wird durch die vorgestellten Publikationen deutlich, dass die Forschung zu EHSG- Pathogenen und ihrer Bedeutung gerade erst begonnen hat. Durch neue Methoden der molekularen Epidemiologie bieten sich gegenwärtig (2020) ganz neue Möglichkeiten, die adaptiven Veränderungen in bakteriellen Genomen in großen, repräsentativen Studien zu untersuchen. Allein, hierfür ist die Auswahl der Isolate von ganz entscheidenderer Bedeutung. Ein integrierte One Health -Surveillance, wie sie in dieser Schrift skizziert wird, könnte die jeweils aktuelle Bedeutung von multiresistenten EHSG-Pathogenen für die Human- und Veterinärmedizin widerspiegeln. Dies könnte zu einem besseren Verständnis der bakteriellen Adaptationsprozesse an ökologische Nischen insgesamt führen sowie neue und epidemiologisch bedeutsame Entwicklungen zeitnah aufzeigen, wogegen wir heute oftmals nur in der Retrospektive diese Art von Entwicklungen nachzeichnen können.
Referenzen paper1 Walther, B., K. Tedin, and A. Lübke-Becker, Multidrug-resistant opportunistic pathogens challenging veterinary infection control. Vet Microbiol, 2017. 200: p. 71-78. paper2 Walther, B., Klein, K.S., Barton, A.K., Semmler, T., Huber, C., Wolf, S.A., Tedin, K., Merle, R., Mitrach, F., Guenther, S., Lübke-Becker, A., Gehlen, H., 2018. Extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Escherichia coli and Acinetobacter baumannii among horses entering a veterinary teaching hospital: The contemporary "Trojan Horse". PLoS One 13, e0191873. paper3 Murugaiyan, J., Walther, B., Stamm, I., Abou-Elnaga, Y., Brüggemann-Schwarze, S., Vincze, S., Wieler, L.H., Lübke-Becker, A., Semmler, T., Roesler, U., 2014. Species differentiation within the Staphylococcus intermedius group (SIG) using a refined MALDI-TOF MS database. Species differentiation within the Staphylococcus intermedius group using a refined MALDI-TOF MS database. Clin Microbiol Infect 20(10): 1007-1015. paper4 Walther, B., Wieler, L.H., Vincze, Sz., Antão, E.-M., Brandenburg, A., Stamm, I., Kopp, P.A., Kohn, B., Semmler, T., Lübke-Becker, A., 2012b. MRSA variant in companion animals. Emerg Infect Dis 18, 2017-2020. paper5 Semmler, T., Harrison, E.M., Lübke-Becker, A., Ulrich, R. G., Wieler, L. H., Guenther, S., Stamm, I., Hanssen, A. M., Holmes, M. A., Vincze, Sz., Walther, B. 2016. A Look into the Melting Pot: The mecC-Harboring Region Is a Recombination Hot Spot in Staphylococcus stepanovicii." PLoS One 11(1): e0147150. paper6 Walther B, Lübke-Becker A, Stamm I, Gehlen H, Barton AK, Janssen T, Wieler LH, Guenther S. Suspected nosocomial infections with multidrug resistant E. coli, including extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing strains, in an equine clinic. Berl Muench Tieraerztl Wochenschr. 2014, 127(11-12):421-427. paper7 Vincze S., Brandenburg, A.G., Espelage W., Stamm I., Wieler L. H., Kopp P. A., Lübke-Becker A., Walther B., 2014. Risk factors for MRSA infection in companion animals: Results from a case-control study within Germany. Intl J Medical Microbiol 10/2014; DOI: 10.1016/j.ijmm.2014.07.007 paper8 Walther, B., Hermes, J., Cuny, C., Wieler, L.H., Vincze, S., Abou Elnaga, Y., Stamm, I., Kopp, P.A., Kohn, B., Witte, W., Jansen, A., Conraths, F.J., Semmler, T., Eckmanns, T., Lübke-Becker, A., 2012a. Sharing more than friendship--nasal colonization with coagulase-positive staphylococci (CPS) and co-habitation aspects of dogs and their owners. PLoS One 7, e35197 paper9 Walther, B., Monecke, S., Ruscher, C., Friedrich, A.W., Ehricht, R., Slickers, P., Soba, A., Wleklinski, C.G., Wieler, L.H., Lübke-Becker, A., 2009a. Comparative molecular analysis substantiates a zoonotic potential of equine Methicillin- resistant Staphylococcus aureus (MRSA). J Clin Microbiol. 47, 704-710. paper10 Walther B., Klein K.S., Barton A.K., Semmler T., Huber C., Merle R., Tedin K., Mitrach F., Lübke-Becker A., Gehlen H. Equine Methicillin-Resistant Sequence Type 398 Staphylococcus aureus (MRSA) Harbor Mobile Genetic Elements Promoting Host Adaptation. Front Microbiol 2018, 9:2516.
