Coxiella burnetii – Epidemiologische Untersuchungen zum Vorkommen und zur Verbreitung in Schaf-und Rinderbeständen in Deutschland

Abstract

Diese Dissertation setzt sich mit dem Zoonoseerreger Coxiella burnetii und seiner Verbreitung in Schaf- und Rinderbeständen in Deutschland auseinander. Der Stellenwert dieser Zoonose in Bezug auf das Gefährdungspotential für die öffentliche Gesundheit, die Notwendigkeit prophylaktischer Maßnahmen und Bekämpfungsstrategien und die Problematik der Diagnostik eines intrazellulären Bakteriums der Risikogruppe 3 „Z“ werden diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen sowohl in unauffälligen, nicht geimpften Rinder- und Schafbeständen als auch in Beständen mit erhöhten Abortraten oder klinischer Symptomatik durchgeführt. Retrospektiv durchgeführte epidemiologische Erhebungen nach zwei Q-Fieber-Ausbrüchen sind ebenso Thema. Auf Einzeltierbasis konnten in unauffälligen Rinderherden Seroprävalenzen im Jahresmittel bis zu 9% und monatliche Durchschnittswerte bis zu 24,7% nachgewiesen werden. Der Untersuchungsumfang umfasste 1.640 Seren. Die Ergebnisse der Untersuchungen in 40 klinisch gesunden, nicht geimpften Schafherden führten zu einer Herdenprävalenz von 5% und einer Seroprävalenz von 25%. Im Jahr 2009 wurde in 75% der getesteten Nachgeburten C. burnetii-DNA nachgewiesen. Neun Isolate konnten gewonnen werden, die nach phylogenetischer Systematik in die gleiche Gruppe einzuordnen sind. In diesem Fall basierten die Auswertungen auf einem Probenumfang von 1.158 Serumproben, je 440 Vaginal- und Rektalabstrichen, 71 Nachgeburten sowie sechs Föten. Die Erreger- und Antikörpernachweise in klinisch auffälligen Rinderherden wurden mittels Milchproben durchgeführt. Dieses Medium bietet den Vorteil, aus nur einer Probe sowohl direkte als auch indirekte diagnostische Verfahren durchführen zu können. Die Ergebnisse der Tankmilchproben zeigten Genomnachweise von C. burnetii bis zu 62,5% und serologische Nachweise bis zu 68,3%. Die höchsten ermittelten DNA-Nachweise bei den Einzelmilchproben lagen bei 60,0%, die höchsten ermittelten Antikörpernachweise bei 62,2%. In der Gesamtheit wurden 2.980 Tank- und Einzelmilchproben untersucht. Im Zusammenhang mit den epidemiologischen Erhebungen der vorgestellten Q-Fieber-Ausbrüche wurden Prävalenzen von 16,7% und Seroprävalenzen von 76,2% ermittelt. Die Untersuchungsbefunde beider Tierarten zeigen bezüglich der Nachweise von C. burnetii und der gebildeten Antikörper keinen konstanten Verlauf. Vielmehr stellt sich eine ständige Dynamik im Infektionsverlauf dar, die von Jahr zu Jahr und teilweise sogar von Monat zu Monat Schwankungen unterworfen ist. In Bezug auf die Diagnostik wird deutlich, dass einmalige Untersuchungen immer nur Momentaufnahmen darstellen. Die Inkonsistenz von Erregerausscheidung und Antikörperbildung stellen eine ständige Herausforderung bei der Interpretation eines Infektionsgeschehens dar. Die Qualität diagnostischer Aussagen bezüglich C. burnetii und die Einschätzung des jeweiligen, aktuellen Gefährdungspotentials von Q-Fieber und Coxiellose sind abhängig von Langzeitstudien. Neben der Schwierigkeit der Interpretation diagnostischer Daten gestalten sich auch Vergleiche erhobener Datensätze verschiedener Studien als schwierig. Die geschilderten Abweichungen der Ergebnisse bei standardisierten, kommerziell erhältlichen Testsystemen veranschaulichen diese Problematik. Betrachtet man die Q-Fieber-Literatur weltweit, so lässt sich gerade in Bezug auf das Studiendesign und die Umsetzung der Studiendurchführung eine erhebliche Variationsbreite feststellen, wodurch direkte Vergleiche teilweise sogar unmöglich sind. Die Impfung von Rinder- und Schafbeständen als Bekämpfungsstrategie dürfte zukünftig eine wachsende Bedeutung erfahren. Durch die nachgewiesene Reduktion der Erregerausscheidung und Verringerung der Abortrate stellt sie eine gute Möglichkeit zur Eindämmung der C. burnetii-Infektionen bei Nutztieren und damit indirekt zur Vermeidung humaner Erkrankungen dar. Nach wie vor ungeklärt bleibt die große Diskrepanz zwischen höheren Meldezahlen beim Rind und weitaus häufiger auftretenden Ausbruchsgeschehen beim Schaf. Neben der genetischen Variabilität des C. burnetii-Genoms, die erst durch umfangreichere Daten auf dem Gebiet der Genomsequenzierung bewertet werden kann, spielen unterschiedliche Umgebungsparameter in den Haltungsbedingungen beider Tierarten eine Rolle. Dies zeigt auch der Q-Fieber-Ausbruch in den Niederlanden, bei dem nicht nur der Tierart Ziege eine Relevanz zukommt, sondern vor allem auch der extensiven Tierhaltung. Hohe Tierzahlen pro Bestand und Fläche, die auch in Deutschland das landwirtschaftliche Bild prägen, stellen bei aerogen übertragbaren Erregern auch ein entsprechend hohes Übertragungsrisiko dar. Humane Q-Fieber- Infektionen unterliegen aufgrund der unklaren Klinik einer hohen Dunkelziffer. Gleiches gilt für die Rinder- und Schafbestände. Da in den Beständen eine bestehende Infektion lange unbemerkt bleiben kann, wird der Eintrag des Erregers häufig erst durch die Rückverfolgung humaner Erkrankungsfälle festgestellt. C. burnetii ist grundsätzlich kein Erreger, der große Seuchenzüge und hohe Mortalität in Deutschland verursacht. Die Relevanz dieses Erregers und die Priorität von epidemiologischen Erhebungen und diagnostischen Maßnahmen unterliegen daher ständig neuen Diskussionen. Die häufig in der Anzahl der Erkrankungsfälle begrenzten Q-Fieber-Ausbrüche führen teilweise zur Unterschätzung des Gefährdungspotentials dieses Erregers. Nur mittels längerfristiger Betrachtungen der Rinder- und Schafherden können gezielte Risikobewertungen und bei Bedarf entsprechende Bekämpfungsmaßnahmen erfolgen.

This dissertation exposes the zoonotic Coxiella burnetii and its distribution in sheep and cattle herds in Germany. The importance of this zoonosis in terms of the potential hazard to public health, the need for preventive measures and control strategies and the problem of diagnosis of an intracellular bacterium of risk group 3 "Z" will be discussed. In this study investigations were carried out in clinically healthy non-vaccinated cattle herds and sheep flocks and in herds with increased abortion rate or clinical symptoms. Furthermore, retrospectively conducted epidemiological surveys are discussed by two Q fever outbreaks. In clinically healthy cattle herds, seroprevalence up to 9%, and monthly average up to 24.7% were detected. 1640 sera were examined for this purpose. The results of investigations in 40 clinically healthy unvaccinated sheep flocks led to a prevalence at herd level of 5% and a seroprevalence of 25%. In the afterbirths tested in 2009 C. burnetii DNA was detected in 75%. Nine isolates of the same phylogenetic group could be isolated. In this case the evaluations were based on a sample size of 1158 serum samples, 440 vaginal swabs, 440 rectal swabs, 71 afterbirths and 6 fetuses. The detection of C. burnetii and antibodies in clinically healthy cattle herds was performed using milk samples. This medium has the advantage of being able to carry out direct and indirect diagnostic methods from the same sample. The results of bulk milk samples showed evidence of C. burnetii genome up to 62.5% and antibody detection up to 68.3%. In the individual milk samples, we found the highest DNA evidence at 60.0% and the highest antibody detection at 62.2%. A total of 2980 tank and individual milk samples were examined. In the context of the epidemiological surveys of the described Q fever outbreaks, a prevalence of 16.7% and a seroprevalence 76.2% were determined. A constant course of C. burnetii and evidence of antibody detection cannot be determined in both species. It presents a continuous dynamic in the course of infection which varies from year to year and sometimes even month to month. It is clear that one-time studies represent only snapshots. The inconsistency of excretion and seroconversion are a constant challenge in the interpretation of the infection with C. burnetii. Long-term studies are required for the quality of the diagnostic statements and the assessment of the current risk potential of Q fever and coxiellosis. In addition to the difficulty of interpretation of diagnostic data, it is difficult to compare records of different studies. The described deviations of results in standardized, commercially available test systems illustrate this problem. In the international published literature on Q fever, there is wide variation in study design and implementation of the study conduct. Direct comparisons are therefore partly impossible. For the treatment and prophylaxis of coxiellosis, the importance of vaccination of cattle and sheep flocks increases. Through the demonstrated reduction of excretion and the abortion rate, it represents a good way to control C. burnetii infections and to prevent human disease. Still unclear is the large discrepancy between reporting higher numbers of cattle and much more frequent outbreaks in sheep. In addition to the genetic variability of C. burnetii genome, which can only be assessed by genome sequencing, the type of livestock of both species is important. The Q fever outbreak in the Netherlands shows that not only the species goat, but also the extensive farming is relevant. The transmission of airborne transmissible agents is increased by high animal stocking densities in herds and areas. There is a high number of unreported cases of human Q fever infections due to unspecific clinical symptoms. The same applies to cattle and sheep stocks. In the stocks, an infection may remain unnoticed for a long time, so the initial entry of the pathogen often can only be traced back by analysing human disease cases. C. burnetii is not a bacterium that causes large epidemics and high mortality in Germany. Therefore, the relevance of the pathogen and priority of epidemiological surveys and diagnostic measures often lead to discussions. Most Q fever outbreaks are limited in the number of patients. This is partially caused by underestimation of the hazard of this pathogen. Only by performing long-term studies of herds and flocks, specific risks can be assessed and when necessary appropriate control measures can be applied.