ESBL-/AmpC-bildende Enterobakterien in der Putenmast – Prävalenz, Bestandskinetik und Transmissionswege

Abstract

Diese Studie wurde als Projekt der Freien Universität Berlin zur Erfüllung eines Entscheidungshilfebedarfs des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft im Auftrag des deutschen Bundestags zur Erforschung ESBL-/AmpC-bildender Enterobakterien bei Mastputen durchgeführt. Es wurden bereits Prävalenz- und Langzeitstudien zum Vorkommen von ESBL-/AmpCbildender Enterobakterien bei anderen Nutztierarten vorgenommen. Zu Mastputen sind noch keine systematischen Untersuchungen zu diesem Thema durchgeführt worden. Ziel des Projektes war es, das Vorkommen, die Verbreitungswege und die Entwicklung von ESBL- /AmpC-bildenden Enterobakterien bei Mastputen zu untersuchen und mit der Situation beim Masthähnchen zu vergleichen. Zum einen wurden zu diesem Zweck Im Rahmen einer Querschnittstudie deutschlandweit 48 Putenmastbestände, regional verteilt in Abhängigkeit von der jeweiligen Dichte an Putenhaltungen im Bundesland, beprobt. Sammelkot-, Sammelstaub- und Sockentupferproben wurden parallel in zwei Altersgruppen (Aufzucht und Mast) entnommen. Darüber hinaus erfolgte die intensive Beprobung von sieben ESBL-/AmpC-positiven Mastputenherden und deren Umgebung zu drei Zeitpunkten innerhalb einer Mastperiode. Es wurden zahlreiche Proben, bei den Tieren, in der direkten Stallumgebung, der Luft im und außerhalb des Stalls sowie Proben der Umgebung des Stalls entnommen. So wurde untersucht, welche Verbreitungswege der resistenten Bakterien von Bedeutung sind. ESBL-/AmpC-bildende Enterobakterien wurden in den meisten Proben sowohl qualitativ nach Voranreicherung als auch quantitativ analysiert. Als selektives Medium wurde MacConkey- Agar mit dem Zusatz von 1μg/ml Cefotaxim verwendet. Alle ESBL-/AmpC-verdächtigen Isolate wurden mittels Disk-Diffusion-Test und der Detektion der ESBL- (blaCTX-M, blaTEM und blaSHV) und AmpC-Gene (blaCMY) bestätigt. Erforderlichenfalls erfolgte eine Sequenzierung der Isolate. 70,8 % der 48 untersuchten Betriebe der Querschnittstudie wiesen einen positiven Status für ESBL-/AmpC-produzierende Enterobakterien auf (inklusive E. coli) und in 60,4 % der Betriebe wurden ESBL-/AmpC-bildende E. coli nachgewiesen. Im Vergleich zu den Ergebnissen der Untersuchungen bei Masthähnchenbetrieben kommen ESBL-/AmpC-bildende Enterobakterien in signifikant niedrigerer Prävalenz vor. Hinsichtlich der ESBL-/AmpC-Prävalenz auf Probenebene ergaben sich Nachweisraten von 37,6 % ESBL-/AmpC-positive Proben bezüglich der Enterobakterien und 29,8 % bezüglich E. coli. Zwischen den Prävalenzen der verschiedenen Altersgruppen konnten keine signifikanten Unterschiede bei Puten festgestellt werden. Unter den E. coli-Isolaten der Querschnittsstudie dominierten mit 88,3 % Beta-Laktamasen der CTX-M-Gruppe, mit häufigstem Nachweis des CTX-M-1- Enzymtyps. Dies steht im Gegensatz zu den Ergebnissen bei Masthähnchen, bei denen das Gen bla cmy dominierte. Die Keimzahlen der Sammelkotproben der Aufzuchtgruppen waren im Mittel höher als jene der Mastherden. Die Keimzahlen scheinen also im Mastverlauf zu sinken. Bei den Sammelstaubproben hingegen konnte vergleichbares nicht festgestellt werden. Ergebnisse der Langzeitstudie zeigten, dass sich innerhalb der Mastperiode die Prävalenzen unterschiedlich entwickelten. Es gab sowohl Betriebe, die ihren positiven ESBL-/AmpC Status behielten als auch Betriebe, bei denen zum letzten Beprobungszeitpunkt keine der Proben positiv getestet wurde. Die Einzeltierprävalenz stieg unter Einbeziehung aller Kloakentupfer vom ersten zum zweiten Beprobungszeitpunkt jedoch insgesamt signifikant an. In Proben der Stallumgebung konnten ESBL-/AmpC-bildende Enterobakterien nur vereinzelt detektiert werden und dies auch nur in sehr niedriger Konzentration mit einem Nachweis erst nach dem Voranreicherungsschritt. Zwar wurden Staubproben in niedriger Prävalenz positiv getestet, in den Luftproben wurden die resistenten Bakterien jedoch überhaupt nicht gefunden. Eine fäkale Transmission in die Stallumgebung findet demnach statt, jedoch in geringerem Umfang als beim Masthähnchen. Die aerogene Verbreitung scheint kein wichtiger Transmissionsweg für ESBL-/AmpC-bildende Enterobakterien in der Putenmast zu sein.

This study was conducted by the Free University of Berlin on behalf of the German Federal Ministry of Food and Agriculture in response to a decision-making support request for exploring the occurrence of ESBL-/AmpC-producing E. coli in turkey fattening farms. Previous studies have shown the occurrence of ESBL-/AmpC-producing Enterobacteriaceae in different farm animals. However, prior to this study these resistant bacteria had not been investigated systematically in turkeys. The goal of this cross-sectional study was to ascertain the prevalence of ESBL-/AmpC-producing Enterobacteriaceae in a representative selection of turkey farms distributed across Germany. Samples were taken in 48 locations nationwide; the share of each state was proportionate to its turkey population at the time of the study. Pooled feces, dust samples and boot swabs were collected in parallel in two different age group (rearing/fattening units). The aim of a second part of this study was to investigate the occurrence of these microorganisms in turkeys, in the production facilities, in the air and on soil surfaces close to ESBL-/AmpC-positive turkey fattening farms, including the possible spread of these bacteria via the fecal route and/or via exhaust air from the operations. Withinherd dynamics of prevalence were also explored. Seven German turkey fattening farms were sampled for this part of the study, each of them three times during one fattening period, by taking slurry samples, exhaust air samples and various surfaces in the vicinity of the facilities. Additionally various samples inside the production facilities including individual samples of animals, environmental samples and air samples were taken in parallel. Collected data was compared with previous studies in broiler farms. In most of the samples ESBL-/AmpC-producing Enterobacteriaceae were detected qualitatively after enrichment and quantitatively too. All taken samples were cultivated on MacConkey-agar with 1μg/ml Cefotaxime after a pre-enrichment step. ESBL-/AmpC-suspected microorganisms are confirmed by disc-diffusion-assay and detecting ESBL- (blaCTXM, blaTEM und blaSHV) and AmpC-genes (blaCMY), if necessary by sequencing. In 70.8% of the investigated farms a positive ESBL-/AmpC-status concerning all Enterobacteriaceae could be detected (incl. E. coli), respectively 60.4% individually for E. coli. Regarding all samples 37.6% of the samples were tested positive for ESBL-/AmpC-producing Enterobacteriaceae, respectively 29.8% individually for E. coli. There is no significant difference between the prevalence in samples originating from the rearing units and the fattening units. Bacterial counts were found to be decreasing during the fattening period, at least with regards to samples of pooled feces. In comparison to similar studies in poultry, especially broilers, the prevalence of ESBL-/AmpC-producing Enterobacteriaceae in turkey fattening farms is lower. The CTX-M-type dominated in the samples (88.3% of isolates), which contrasts with results from broilers, where the CMY-type was mostly detected. In the sampled turkey fattening farms, no ESBL-/AmpC-producing Enterobacteriaceae were detected in one-day-old chicks. This contrasts with results from broiler farms, were even one-day-old chicks were tested positive. Prevalence during fattening period was developing in different directions. There were farms which kept their positive ESBL-/AmpC-status, but also farms, which later yielded completely negative test results. However, the detection frequency of positive individual animal samples increased significantly from the first to the second sampling. The investigated turkey farms show a lower contamination of slurry samples and of the surfaces in the vicinity of the facilities. Samples were tested positive only after pre-enrichment. Prevalence of pooled dust samples was found to be low and no resistant bacteria at all were found in air samples. Fecal emission of ESBL-/AmpC-producing organisms from turkey farms seems to be a possible source for the spread, but in a lower extend than those from broiler barns. Airborne emission doesn’t seems to be an important transmission route for ESBL- /AmpC-producing Enterobacteriaceae.