Epidemiologische Untersuchungen zur minimalen Hemmkonzentration von tierpathogenen Bakterien der Krankheitskomplexe "Mastitis des Milchrindes" und " respiratorische Erkrankungen des Mastschweines"

Abstract

Um einen Datenbeitrag als Grundlage zur Bearbeitung des Problems der Resistenzentwicklung und -ausbreitung bereitzustellen, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Resistenzsituation bei ausgewählten Bakterienspezies von erkrankten Lebensmittel liefernden Tierarten durchgeführt. In die Studie 2001 wurden für die Indikation "akute Mastitis des Milchrindes" die Bakterienspezies/-gattungen Escherichia (E.) coli, Staphylococcus (S.) aureus, koagulasenegative Staphylococcus spp. und Streptococcus spp. eingeschlossen. Für die Indikation "respiratorische Erkrankungen des Mastschweines" wurden die Spezies Pasteurella (P.) multocida sowie Mannheimia (M.) haemolytica ausgewählt. Zur Gewährleistung der Repräsentativität der untersuchten Bakterienstämme wurde den kooperierenden externen Einrichtungen die Auswahl der Bakterienisolate in einem Stichprobenplan vorgegeben. Je Herde wurde nur jeweils ein entsprechender Bakterienstamm jeder Spezies in die Untersuchungen einbezogen. Die in den teilnehmenden Institutionen gesammelten Bakterienstämme wurden an das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), ehemals BgVV gesandt, damit dort zentral die Spezieszugehörigkeit der Bakterienstämme überprüft werden konnte. Ebenso wurde dort die Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MHK) im Mikro-Bouillonverdünnungsverfahren entsprechend den Angaben des National Committee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS) durchgeführt. Die Einordnung der ermittelten MHK in die Kategorien sensibel beziehungsweise resistent erfolgte anhand von Grenzwerten aus den Normen des NCCLS und des Danish Integrated Antimicrobial Resistance Monitoring and Research Programme (DANMAP). Die zur Prüfung eingesetzten antimikrobiellen Stoffe wurden nach den drei Kriterien Zulassung für die Veterinärmedizin, Zulassung für die Humanmedizin sowie entsprechend des zu testenden Bakterienspektrums ausgewählt. Maximal wurden 14 Substanzen und zwei Wirkstoffkombinationen in jeweils 10-12 Verdünnungsstufen geprüft. An der Studie 2001 nahmen 39 Labore aus 12 Bundesländern in Deutschland teil. Insgesamt wurde die Empfindlichkeit von 1.058 Bakterienstämmen bestimmt, von denen 214 der Spezies E. coli, 404 der Gattung Staphylococcus, 243 der Gattung Streptococcus, 176 der Spezies P. multocida und 21 der Spezies M. haemolytica zugehörig waren. Bei den E. coli-Stämmen wurden ähnliche Resistenzquoten gegenüber Ampicillin (8,9 %) und dem Cephalosporin der ersten Generation (8,4 %) gemessen. Nur einer der geprüften Stämme erwies sich auch gegenüber Ceftiofur, einem Cephalosporin der dritten Generation, als resistent. Für die Aminoglykoside wurden entsprechend des Zeitraumes seit der Zulassung der Substanzen absteigende Resistenzquoten (Streptomycin 10,2 %, Neomycin 5,1 % und Gentamicin 1,8 %) dokumentiert. Prozentanteile resistenter Stämme von 5-10 % wurden gegenüber Florfenicol, Tetracyclin und Trimethoprim/Sulfamethoxazol festgestellt. Für die weiteren geprüften Wirkstoffe (Amoxicillin/Clavulansäure, Colistin, Enrofloxacin, Flumequin, Nalidixinsäure und Nitrofurantoin) konnten dagegen keine Resistenzen nachgewiesen werden. Von den Staphylococcus spp. aus Mastitismilchproben erwiesen sich ca. 24 % der Stämme als resistent gegenüber dem geprüften Penicillin. Gegenüber Ampicillin zeigten ca. 21 % der S. aureus-Stämme, aber nur 12 % der koagulasenegativen Staphylococcus spp. eine klinische Resistenz, was auf eine unterschiedliche Aktivität der bakteriellen β-Lactamasen zurückzuführen ist. Während die S. aureus-Stämme gegenüber Oxacillin vollständig empfindlich waren, wurde bei den koagulasenegativen Staphylococcus spp. mit 0,5 % eine geringe Resistenzausprägung gemessen. Eine Unempfindlichkeit gegenüber den Wirkstoffkombinationen Amoxicillin/Clavulansäure und Trimethoprim/Sulfamethoxazol sowie gegenüber dem Cephalosporin der ersten Generation und den Glycopeptiden (Vancomycin) wurde nicht nachgewiesen. Die Fluorchinolon- und die Aminoglycosidresistenz ist mit bis zu 0,6 % als gering zu bezeichnen. Eine Ausnahme stellt das ältere Aminoglycosid Streptomycin mit Resistenzquoten von ca. 7 % dar. Einen hohen Resistenzanteil zeigten hingegen die Stämme gegenüber Avilamycin mit ca. 46 %. Während für Chloramphenicol für alle Staphylococcus spp. Resistenzquoten von ca. 3 % nachgewiesen wurden, lagen die für Tetracyclin und die Wirkstoffe aus der Gruppe der MLS- Antibiotika ermittelten Quoten bei S. aureus niedriger als bei den koagulasenegativen Staphylococcus spp. Von den 243 in die Studie eingeschlossenen Streptococcus spp.-Stämmen wurden 117 Stämme der Spezies S. uberis, 69 der Spezies S. dysgalatiae und 48 Stämme der Spezies S. agalactiae zugeordnet. Die übrigen 9 Stämme gehörten den Spezies S. bovis, S. mitis und S. acidominus an. Die geprüften Streptococcus spp. erwiesen sich, im Unterschied zu den Staphylococcus spp. aus Mastitismilchproben, als resistenter gegenüber den Tetracyclinen mit 29,2 % und gegenüber dem Makrolid Erythromycin mit 16,4 %. Gegenüber den β-Lactam-Antibiotika Penicillin und Ampicillin wurden keine Resistenzen notiert. Bei den aus dem Infektionsgeschehen "respiratorische Erkrankungen" geprüften Bakterienspezies P. multocida und M. haemolytica wurde bei den M. haemolytica-Stämmen insgesamt ein höheres Resistenzniveau festgestellt als bei den P. multocida-Stämmen. Resistenzen gegenüber Ceftiofur, Florfenicol, Gentamicin und der Kombination Amoxicillin/Clavulansäure wurden nicht nachgewiesen. Für die Wirkstoffe Ampicillin, Cefquinom, Enrofloxacin, Flumequin, Nalidixinsäure, Oxacillin und Streptomycin können aufgrund fehlender valider Grenzwerte in der vorliegenden Arbeit keine Aussagen zum Resistenzverhalten formuliert werden. Im Vergleich zu anderen Berichten zur Resistenzsituation in Deutschland für die vergangenen Jahre zeigte sich, dass in den eigenen Untersuchungen zum Teil deutlich niedrigere Resistenzausprägungen ermitteltet wurden. Die von den bisher veröffentlichten Berichten zum Teil stark divergierenden Ergebnisse dieser Studie sind unter anderem auf eine unterschiedliche Zusammensetzung des Untersuchungsgutes, auf die Anwendung unterschiedlicher Testmethoden und auf eine Einordnung der ermittelten MHK anhand unterschiedlicher Normen zurückzuführen. Die auf der Grundlage standardisierter Methoden ermittelten Ergebnisse zeigen eine relativ geringe Resistenzprävalenz bei den untersuchten Bakterienspezies gegenüber den getesteten Wirkstoffen. Dies bedeutet, dass für die untersuchten Indikationen mit der Therapierbarkeit der durch bakterielle Infektionserreger hervorgerufenen Erkrankungen durch Antibiotika zur Zeit gerechnet werden kann. Um dies jedoch auch weiterhin zu gewährleisten, erscheint eine umfassende Datenerhebung und -auswertung im Rahmen eines nationalen Resistenzmonitorings auf der Grundlage standardisierter Methoden notwendig. Zum einen können anhand des Vergleiches der in einem bestimmten zeitlichen Abstand erhobenen Daten Veränderungen der Resistenzsituation beurteilt und bei einem Resistenzanstieg entsprechende Interventionsmaßnahmen durchgeführt werden. Weiterhin stünden dem praktizierenden Tierarzt Daten zur Verfügung, mittels derer eine kalkulierte Antibiotikatherapie im Sinne eines verantwortungsbewussten Antibiotkaeinsatzes ermöglicht wird. Dementsprechend können die erarbeiteten Daten zu einem Erhalt der Antibiotika auch für die Tiermedizin beitragen.

A cross-sectional study to investigate the sensitivity of selected pathogenic bacteria isolated from food-producing animals (dairy cows, fattened pigs) against antimicrobial substances was performed. The hereby established database will be the rational to tackle the problem of development and spread of resistance in the future. In the year 2001, the bacterial species/genera Escherichia (E.) coli, Staphylococcus (S.) aureus, coagulase-negative Staphylococcus spp. (CNS) and Streptococcus spp. (at least S. agalactiae, S. dysgalactiae, S. uberis) were selected as organisms for the indication "acute mastitis of dairy cattle" and P. multocida as well as M. haemolytica for the indication "respiratory disease of fattening pigs". To guarantee a representative data set, the cooperating institutions involved in the sample collection and the isolation of bacteria, had to stick to a randomized sampling plan. Thus, only one representative bacterial isolate per each animal herd was collected by the participating institutions and than investigated in the Bundesinstitut für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), former BgVV. Bacterial species were identified, and the minimum inhibiting concentration (MIC) was determined by the microbroth dilution method in line with recommendations of the National Committee for Laboratory Standards (NCCLS). Evaluating the MIC values as sensitive or resistant was determined according to veterinary breakpoints given by the NCCLS and the Danish Integrated Antimicrobial Resistance Monitoring and Research Programme (DANMAP). The examined antibiotics were selected based on three criteria: substances authorised for the veterinary field, substances authorised for the medical field (or equivalent in veterinary medicine), and substances corresponding to the bacterial spectrum to be tested. A maximum of 14 substances and two dual active substance combinations were examined in 12 dilution steps. A total of 39 laboratories in 13 different German federal states took part in this nationwide monitoring study. 1058 bacterial strains were investigated, including 214 of the species E. coli, 404 of the genus Staphylococcus, 243 of the genus Streptococcus, 176 of the species P. multocida and 21 of the species M. haemolytica. Regarding E. coli strains from mastitis milk samples, similar resistance rates were determined for ampicillin (8.9 %) and first generation cephalosporins (8.4 %). Only one E. coli strain was found to be resistant to ceftiofur, a third generation cephalosporin. Resistance rates against aminoglycoside antibiotics decreased in relation to the time period since the permission of the respective antibiotics (streptomycin 10.2 %, neomycin 5.1 % and gentamicin 1.8 %). 5-10 % of the bacterial strains were resistant against tetracycline, trimethoprim/sulfamethoxazole and florfenicol. No resistances were found against amoxicillin/clavulanic acid, colistin, enrofloxacin, flumequine, nalidixic acid or nitrofurantoin. 24 % of the Staphylococcus strains from mastitis milk samples proved to be resistant against penicillin. Some 21 % of the S. aureus strains, but only 12 % of the CNS, showed clinical resistance against ampicillin, respectively. This was due to the different activities of bacterial β-lactamases. While the S. aureus strains showed complete sensitivity against oxacillin, within the CNS species only a small resistance development of 0,5 % was measured. None of the staphylococcal strains was found resistant against active substance combinations such as amoxicillin/clavulanic acid, trimethoprim/sulfamethoxazole, or against cephalosporin (first generation) and glycopeptides (vancomycin). Fluoroquinolone and aminoglycoside (gentamicin) resistance rates up to 0.2 % are judged as insignificant. An exception was the older aminoglycoside, streptomycin, with a resistance rate of approx. 7 %. By contrast, the staphylococcal strains from mastitis milk samples showed far higher resistance rates of around 46 % to avilamycin. While all Staphylococcus strains showed resistance against chloramphenicol of approx. 3 %, the rates against tetracycline and the active substances of the MLS antibiotics were lower in S. aureus than in the CNS species. 117 of the 243 Streptococci investigated were assigned to the species S. uberis, 69 to the species S. dysgalatiae and 48 strains to the species S. agalactiae. The other 9 strains belonged to the species S. bovis, S. mitis and S. acidominus. In contrast to the Staphylococcus spp. from mastitis milk samples, the tested Streptococcus spp. proved to be far more resistant to tetracycline (32 %) and to the macrolide erythromycin (16 %). All streptococci were completely sensitive against penicillin and ampicillin. Regarding the bacterial species P. multocida (n = 176) and M. haemolytica (n = 21), investigated as model organisms for the indication of "respiratory disease", M. haemolytica strains in general expressed higher resistance levels than P. multocida species. Both bacterial species displayed no resistance against ceftiofur, florfenicol, gentamicin or the combination, amoxicillin/clavulanic acid. Due to the lack of valid recommended MIC values concerning the resistance against ampicillin, cefquinom, enrofloxacin, flumequine, nalidixic acid, oxacillin and streptomycin, those resistance rates can not be defined in this thesis. The quantitative sensitivity results (MIC) from the tested bacterial species determined in this study revealed that in comparison to data previously published on the resistance rates of bacteria in Germany, a lower resistance prevalence is to be expected. Reasons for major differences between this study and those published previously amongst other details are, a) investigation of a representative sample collection, b) a different method of resistance determination (MIC), c) an evaluation based on different criteria (NCCLS, DANMAP). These data obtained here by standardised methods indicate that the prevalences of resistances against antibiotics of the examined bacterial species against the tested substances is relatively low. Therefore, the therapeutical use of antibiotics to treat bacterial infections with these pathogens is presumably still highly effective. However, to confirm this assumption, further data have to be generated and evaluated. The need of a national resistance monitoring based on standardized methods is emphasized. Such a monitoring is useful both to determine changes in the resistance situation over time and to readily implement intervention strategies when increasing resistances are detected. In addition, the data should become available to practising veterinary surgeons enabling a more calculated and responsible antibiotic therapy. Consequently the acquired data will ensure continues use of antibiotics in veterinary medicine.