Langzeituntersuchungen von Extended-Spektrum-Beta-Laktamase (ESBL)/AmpC Beta- Laktamase-bildenden Escherichia coli in Schweinemastbetrieben und deren Umgebung

Abstract

Extended-Spektrum-Beta-Laktamase (ESBL)/AmpC Beta-Laktamase-bildende Enterobacteriaceae, insbesondere Escherichia coli (E. coli), schränken die Therapieoptionen in der heutigen Medizin dramatisch ein. Die Entwicklung und potenzielle Verbreitung dieser resistenten Mikroorganismen bei Nutztieren und der mögliche Austrag aus der Tierhaltung in die Umwelt werden kritisch diskutiert. Allerdings gibt es nur wenig detaillierte Daten zum Vorkommen von ESBL/AmpC-produzierenden E. coli in deutschen Schweinehaltungen und deren Umgebung, insbesondere zu potenziellen Verbreitungswegen und Nachweisraten im Mastverlauf. Daher waren Hauptziele dieser Langzeitstudie zum einen die Untersuchung potenzieller Emissionsquellen und der Prävalenzdynamik sowie auch die quantitative Analyse ESBL/AmpC-bildender Escherichia coli in sieben deutschen konventionellen Schweinemastbetrieben im Mastverlauf. Zum anderen wurde parallel die Umgebung der Betriebe auf diese resistenten Bakterien hin untersucht, um fäkale, aerogene und andere potenzielle Ausbreitungswege von ESBL/AmpC-produzierenden E. coli zu analysieren. Die Probenahmen erfolgten dabei zu drei verschiedenen Zeitpunkten innerhalb einer Endmastperiode und umfassten 20 Einzeltierkotproben sowie verschiedene Proben der Tierumgebung im Stall wie Sammelkot, Sockentupfer, Staub, Umgebungstupfer, Stallluft, Fliegen und Mäusekot. Proben von der Umgebung der Schweineställe wurden zeitgleich genommen und beinhalteten Bodenoberflächen und Außenluft von der windzugewandten und der windabgewandten Seite des Stalls sowie Gülle und Gärrest von Biogasanlagen. Für jede Probe wurde eine verdächtige E. coli- Kolonie zufällig ausgewählt, mittels MALDI-TOF-Untersuchung bestätigt und anhand der Agardiffusionsmethode auf antimikrobielle Empfindlichkeit getestet. Zusätzlich wurden PCR und Sequenzierungen der Resistenzgene durchgeführt, um das Vorhandensein und den Typ von ESBL/AmpC Beta-Laktamase-Genen in diesen Isolaten zu ermitteln. Darüber hinaus wurden ausgewählte E. coli-Isolate von Proben von innerhalb und außerhalb der Schweineställe mittels Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE)-Analyse typisiert, um eine klonale Verwandtschaft der Isolate herauszufinden. Unterschiedliche Nachweishäufigkeiten von ESBL/AmpC-bildenden E. coli wurden zu verschiedenen Untersuchungszeitpunkten im Mastverlauf nachgewiesen. In den Einzeltierkotproben lagen die durchschnittlichen Nachweishäufigkeiten von ESBL/AmpC-E. coli zu den drei Probenahmezeitpunkten bei 45% (63/140), 29% (41/140) und 36% (51/140), wobei eine signifikante Abnahme der Konzentration von 2,97 x 104 KbE/g zum ersten Zeitpunkt zu 2,17 x 103 KbE/g zum dritten Zeitpunkt zu verzeichnen war (p = 0.000). Zudem unterschieden sich die Nachweishäufigkeiten von ESBL/AmpC-bildenden E. coli in den Einzeltierkotproben zwischen den verschiedenen Schweinebetrieben: Es gab zwei Betriebe mit einer kontinuierlich hohen Prävalenz, drei Betriebe mit einer niedrigen Prävalenz und zwei Betriebe mit Prävalenzen dazwischen. In der Tierumgebung im Stall wurden bei Sammelkot- und Sockentupferproben jeweils 47,6% (10/21) der Proben positiv getestet. 5,9% (4/68) der Umgebungstupferproben, 9,5% (6/63) der Stallluftproben sowie 25% (3/12) der Fliegen- und 33% (1/3) der Mäusekotproben, jedoch keine der Staubproben war ESBL/AmpC-positiv. In der Umgebung der Schweineställe wurden ESBL/AmpC- bildende E. coli in 16,1% (14/87) der untersuchten Sockentupferproben von verschiedenen Bodenoberflächen nachgewiesen. Des Weiteren wurden in 6% (2/36) der Außenluftproben diese resistenten Keime gefunden. Die Mehrzahl der Gülleproben (82,4%; 14/17) und drei von vier Gärrestproben von Biogasanlagen waren ebenfalls positiv. Insgesamt 274 E. coli-Isolate wurden durch phänotypische und genotypische Methoden weiter analysiert. Davon waren bei der antimikrobiellen Empfindlichkeitstestung 32 E. coli-Isolate AmpC- und 224 Isolate ESBL-positiv. Mittels PCR-Analysen und nachfolgender Sequenzierung wurden in 215 von 274 E. coli-Isolaten ESBL- oder AmpC Beta-Laktamase-Gene detektiert. Dabei war blaCTX-M die dominante ESBL-Genfamilie mit 97,2% (209/215) blaCTX-M-positiven Isolaten. Darüber hinaus wurde während dieser Studie ein neues Gen blaTEM-206, welches für eine Beta-Laktamase kodiert, gefunden. PFGE-Analysen bewiesen einen fäkalen Austrag von resistenten E. coli sowie eine mögliche Verbreitung über Fliegen. Die vorliegende Studie liefert neue Informationen zum Vorkommen und der Prävalenzdynamik von ESBL/AmpC- bildenden E. coli in der deutschen Schweineproduktion. Darüber hinaus ist dies die erste systematische Studie über eine potenzielle Emission und Übertragung von ESBL/AmpC-produzierenden Bakterien zwischen Schweinemastbetrieben und ihrer Umgebung. Kontaminierte Gülle stellte die Hauptemissionsquelle für ESBL /AmpC-bildende E. coli in den Schweinemastbetrieben dar. Eine Verbreitung über die Luft oder über verschiedene Vektoren scheint ebenfalls möglich, jedoch eine geringere Rolle zu spielen. Eine mögliche Gefahr der Besiedlung von exponierten Tieren oder Menschen kann im Augenblick nicht abgeschätzt werden und muss weiter untersucht werden.