Shiga-Toxin bildende Escherichia coli in Milchviehbetrieben Schleswig- Holsteins: Analyse von Risikofaktoren und Ausscheidungsmustern

Abstract

Die Relevanz von Shiga-Toxin bildenden Escherichia coli (STEC) bei humanen Infektionen bedingt die sehr niedrige Infektionsdosis in Kombination mit den möglichen extraintestinalen Komplikationen, besonders bei Kindern. Wiederkäuer, und hier in besonderem Maße Rinder, sind die natürliche Ansteckungsquelle der STEC. Shiga-Toxin bildende Escherichia coli- ausscheidende Rinder zeigen keine Krankheitssymptome; von ihnen stammende Lebensmittel können kontaminiert sein. Verschiedene Faktoren hinsichtlich der Haltung, der Fütterung und des Herdenmanagements von Rindern wurden als Risiken identifiziert. Große Bedeutung besitzen allerdings auch individuelle Eigenschaften des einzelnen Tieres. Ziel dieser Studie war es, die fäkale Ausscheidung von STEC durch Milchkühe über den Lauf eines Jahres zu untersuchen und verschiedene Einflussfaktoren zu bewerten. Die Probennahme erfolgte monatlich auf sechs Milchvieh-haltenden Betrieben in Schleswig- Holstein. Dabei wurden 1.646 Kotproben von 140 Kühen genommen. Durch Screening der angereicherten Proben mittels stx-PCR wurden positive Tiere identifiziert, STEC isoliert und diese durch PCR-gestützte Analyse weiterer Virulenzfaktoren und zum Teil durch Serotypisierung charakterisiert. Zur Auswertung wurden darüber hinaus Informationen zum Herdenmanagement, dem Ernährungs- und Gesundheitszustand, der Milchleistung und der Milchinhaltsstoffe, der Anzahl der absolvierten Laktationen und dem Laktationstag herangezogen. Die Daten wurden mit der Prozedur „Logistic“ (SAS®) statistisch ausgewertet. Insgesamt waren 24,7% (407) aller Proben stx-positiv in der Screening-PCR. Von 140 Kühen wurden 122 (87,1%) Tiere mindestens einmal als stx-positiv detektiert. Vierzehn Kühe (10,0%) wurden in mehr als der Hälfte ihrer Kotproben und bei mindestens vier aufeinander folgenden Beprobungen als stx-positiv nachgewiesen. Diese Tiere wurden als kontinuierliche Ausscheider definiert. Die dominierenden Virulenzprofile der 1.105 isolierten STEC waren stx2 EHEC- hlyA (434 Isolate, 39,3%) und stx1 stx2 EHEC-hlyA (311 Isolate, 28,1%). Bei der Serotypisierung von 61 STEC zeigte sich, dass einige der 24 nachgewiesenen nonO157:H7-Serovare an zwei bis zu fünf aufeinanderfolgenden Beprobungsterminen beim Einzeltier nachweisbar waren. Ein signifikanter Einfluss auf die STEC-Ausscheidung wurde für mehrere Faktoren nachgewiesen. Hierzu zählten die Jahreszeiten (Odds Ratio (OR) Sommer = 1.64, OR Herbst =2.35, OR Winter = 1.60 alle vs. Frühjahr), die Anzahl der absolvierten Laktationen (OR Erstkalbinnen vs. >3 absolvierte Laktationen = 1.74) und der Laktationstag (OR 51.-100. d = 1.73, OR 101.-150.. d = 1.93, OR>350. d = 2.06, OR trocken stehende Kuh = 1.67 alle vs. Kühe im ersten bis 50. Laktationstag), der Ernährungszustand (OR BCS > 3.5 vs. <3.5 = 1.92), die somatische Zellzahl (SSC) in der Milch pro Mililiter (OR SSC <100,000 vs. >100,000 = 1.57), der Proteingehalt der Milch in Prozent (OR 3.00-3.80 vs. <3.00 = 1.80, OR >3.80 vs. <3.00 = 2.30) und die Anwesenheit eines als kontinuierlich ausscheidend definierten Tieres in der Herde (OR Tier in Herde vs. kein Tier = 2.63). Mit dieser Studie wurde die Bedeutung kontinuierlich nonO157-STEC-ausscheidender Tiere für den Infektionszyklus innerhalb des Bestands aufgezeigt.

Shiga-Toxin producing Escherichia coli (STEC) are an emerging human health issue with special regard to their low infectious dose combined with serious sequelae of disease especially in children. Cattle are often infected, but without clinical signs of disease; hence, cattle derived foods could be contaminated. Different factors like the kind of husbandry, the diet and the herd management of cattle were identified as risk for shedding of STEC. However, the individual characteristics of the single animal seem to have a major impact. The aim of this study was to investigate the faecal excretion of STEC by dairy cattle over the course of one year. The design of the study was longitudinal to follow selected dairy cows over a period of twelve months to reveal their shedding patterns. Furthermore, the data was analyzed at herd level to detect and evaluate different risk factors. Additional information about herd management, nutritional and health status were available as well as data about the amount and contents of milk, the number of passed lactations and the days in milk. The data was statistically analyzed using the procedure ‘logistic’ in ‘SAS®’. On six dairy farms in Northern Germany, 1,646 faecal samples from 140 cows in different lactation numbers were examined once per month. Following cultural isolation, stx-positive cows were identified by PCR. STEC of these cows were isolated by colony-hybridization and characterized by PCR. Furthermore, selected STEC-isolates were serotyped. In 24.7% (407) of all samples, stx were detected by the screening-PCR. Within the herds, prevalence varied between 11.1% and 32.3%. Most of the 140 investigated animals excreted stx at least once (87.1% 122 cows. Cows with at least four consecutive positive samplings (10.0%, 14 cows) were classified as continuously shedding cows. Isolated Shiga-toxin producing E. coli from these cows were selected (n=61). They belonged to 24 Sorbitol-fermenting non-O157:H7-STEC-serovares, some of them were detected from single cows on two to five consecutive samplingl. In this study, 1,105 STEC were isolated. Dominating combinations of virulence genes were stx2 and EHEC-hlyA (434 isolates, 39.3%), and stx1, stx2 and EHEC-hlyA (311 isolates, 28.1%). Significant risk factors for the shedding of STEC were the month of sampling (Odds Ratio (OR) summer vs. spring = 1.64, OR autumn vs. spring = 2.35, OR winter vs. spring = 1.60), the number of lactations (OR first calvers vs. >3 completed lactations = 1.74) and days in lactation (OR 51.-100.d vs. 1.-50.d = 1.73, OR 101.-150.d vs. 1.-50.d = 1.93, OR >350.d vs. 1.-50.d = 2.06, ORdry cow vs. 1.-50.d = 1.67, the nutritional condition (OR BCS >3.5 vs. <3.5 = 1.92), the somatic cell count (OR SSC <100,000 vs. >100,000 = 1.57) and the content of protein in milk (OR 3.00-3.80% vs. <3.00% = 1.80, OR >3.80% vs. <3.00% = 2.30). Most notably, the presence of STEC Super-shedding cows in the herd (OR Super-Shedder present vs. no Super-Shedder = 2.63) was a significant risk factor. This study confirms the importance of continuously shedding cows as a major source of STEC. These cows maintain the infectious cycle of STEC in the herd; therefore, interventions on individual animal might serve as the base for an effective pathogen control.