dc.contributor.author
Laube, Henriette
dc.date.accessioned
2018-06-08T01:29:05Z
dc.date.available
2016-04-12T13:50:30.557Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/13412
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-17610
dc.description.abstract
Antibiotikaresistenzen stellen weltweit sowohl in der Human- als auch der
Veterinärmedizin ein ständig größer werdendes Problem dar. Bei der
Resistenzentwicklung von Enterobacteriaceae gegen Beta-Laktam Antibiotika
spielen die Plasmid-vermittelten Beta-Laktamasen eine entscheidende Rolle. Die
Produktion von Beta-Laktamasen als Beta-Laktam-Ring spaltende Hydrolasen und
die damit verbundene enzymatische Inaktivierung von Beta-Laktam-Antibiotika
ist einer der am weitesten verbreiteten Resistenzmechanismen bei Bakterien.
Durch die sogenannten Extended-Spectrum-Beta-Laktamasen (ESBL) wird die
Effektivität von modernen extended-spectrum Cephalosporinen und Monobactamen
dramatisch reduziert. Seit Jahren werden weltweit steigende Nachweise von
ESBLs beschrieben. Studien berichten von ESBL-produzierenden E. coli und auch
anderen Enterobakterien in gesunden Lebensmittel liefernden Tieren in Europa,
unter anderem auch bei gesunden Masthähnchen. Aber auch in Endprodukten und
Lebensmitteln wie Fleisch, Fisch und Rohmilch können die resistenten Bakterien
nachgewiesen werden. Aufgrund der zum Vorkommen und zur Verbreitung von
„ESBLs/AmpCs“ bei Mensch, Tier und Lebensmitteln, in Deutschland dürftigen
Datenlage, wurde das Verbundprojekt RESET, finanziert aus Mitteln des
Bundesministerium für Bildung und Forschung, ins Leben gerufen. Hier wurden
(und werden in einer zweiten Förderphase) von Forschergruppen aus Tier- und
Humanmedizin umfangreiche Erhebungen durchgeführt. Als Teilaspekt des RESET
Verbundes war das übergeordnete Ziel der hier vorgelegten Arbeit, die
Untersuchung der Nachweishäufigkeit von ESBL/AmpC - produzierenden E. coli in
konventionellen deutschen Masthähnchenbetrieben während des gesamten
Mastverlaufes. Vor allem sollten neue Erkenntnisse über die Besiedlungsdynamik
der resistenten Bakterien sowie deren Verbreitung im Masthähnchenstall
gewonnen werden. Zusätzlich lag der Fokus auf der Untersuchung verschiedenster
Transmissionswege ESBL/AmpC-produzierender Enterobakterien, speziell E. coli,
aus den Masthähnchenhaltungen heraus in die Umwelt oder umgekehrt. In
initialen Untersuchungen wurden 16 Masthähnchenbetriebe auf ihren ESBL/AmpC-
Status hin mittels Sockentupferproben, untersucht. Aus diesen 16 Betrieben
wurden sieben ESBL/AmpC - positive Masthähnchenhaltungen in die hier
beschriebenen Langzeituntersuchungen zur Prävalenz und Transmission der
resistenten Mikroorganismen aufgenommen. Zur Ermittlung der
Nachweishäufigkeiten von ESBL/AmpC-produzierenden E. coli in den
Masthähnchenhaltungen während des Mastverlaufes wurden in jedem Betrieb
dreimalig (Beginn, Mitte und Ende der Mast) umfangreiche Messungen und
Probenahmen am Tier, der Tierumgebung, der Stallluft und Stallabluft sowie der
Stallumgebung durchgeführt. Um die verschiedenen potentiellen Emissionswege
ESBL/AmpC-produzierender Enterobakterien, speziell E. coli, aus den
Tierhaltungen in die Umwelt hinaus aufzudecken, wurden unter anderem ESBL-
produzierende E. coli speziell in der Stallluft sowie in der Stallabluft
mittels Impingement bestimmt. Sowohl die Luftproben außerhalb der
Masthähnchenställe als auch Proben von Bodenflächen der direkten Stallumgebung
wurden dabei, in Abhängigkeit der jeweiligen Windrichtung zum Stallgebäude,
entnommen. Zusätzlich konnten Gülleproben direkt aus der Güllelagune entnommen
und auf ESBL/AmpC-E. coli untersucht werden. Alle aus diesen Proben mittels
Kultivierung auf antibiotikahaltigen Selektivmedien gewonnenen phänotypisch
ESBL-verdächtigen Isolate wurden mittels MALDI-TOF als E. coli bestätigt und
anschießend mittels PCR als Träger eines ESBL - Gens oder plasmidkodierten
AmpC - Gens bestätigt. Darüber hinaus wurden ausgewählte Isolate der
Stallumgebung und des Tierstalles mittels Pulsed-Field-Gelelektrophorese
(PFGE) auf ihren klonalen Zusammenhang hin untersucht. Als erstes Ergebnis ist
hervorzuheben, dass in jedem der untersuchten Ställe zu jedem
Untersuchungszeitpunkt in mindestens einer Probe ESBL/AmpC-produzierende E.
coli nachgewiesen und deren Resistenzgene mittels PCR identifiziert werden
konnten. Dabei konnten die resistenten Mikroorganismen regelmäßig sowohl im
Stall, z.B. im Staub oder der Einstreu, als auch auf dem Boden der
Stallumgebung und der Gülle, aber auch in der Stallluft sowie Stallabluft
nachgewiesen werden. Die Nachweishäufigkeiten bei den Tieren aus jeweils
zwanzig Einzeltiertupferproben pro Bestand variierten für ESBL/AmpC -
produzierende E. coli zwischen 0% und 100%. Damit erbringen die Ergebnisse
dieser Arbeit den Nachweis, dass ESBL/AmpC - produzierende E. coli in
Kloakentupfern klinisch gesunder Masthähnchen sowie in deren Stallumgebung
regelmäßig vorkommen. Dabei konnten bereits in Eintagsküken hohe Prävalenzen
der resistenten Mikroorganismen nachgewiesen werden. Zusätzlich wurde in
dieser Arbeit erstmals ein signifikanter Anstieg der Nachweishäufigkeit der
resistenten Bakterien im Verlauf der Mastperiode nachgewiesen. Dieser
Prävalenzanstieg konnte sowohl in den Einzeltierproben als auch in den Proben
der Tierumgebung innerhalb der Mastperiode gezeigt werden. Zudem kann in der
vorliegenden Arbeit neben dem möglichen Eintrag der ESBLs/AmpCs über positive
Eintagsküken auch ein Einfluss der Tierumgebung auf den ESBL/AmpC - Status der
Masthähnchenherde aufgezeigt und belegt werden. Als weiteres Hauptergebnis
konnte mit dieser Arbeit die Hypothese des fäkalen sowie aerogenen Austrags
von ESBL/AmpC - produzierenden E. coli aus Masthähnchenhaltungen in die Umwelt
untermauert werden. Mit Hilfe der PFGE wurden klonale Übereinstimmungen
verschiedener Isolate von innen und außen nachgewiesen. So zeigten sich nach
Auswertung der Restriktionsprofile 86,3 %ige bis 100 %ige klonale
Übereinstimmungen bei Isolaten aus dem Tierstall (Luft und Gülle) verglichen
mit denen aus der Stallumgebung. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass
sowohl die fäkale als auch die aerogene Emission ESBL/AmpCproduzierender E.
coli aus Masthähnchenbetrieben, unter anderem durch das Aufbringen
kontaminierter Gülle sowie durch Stallabluft, sehr wahrscheinlich ist.
Zugleich kann durch diese Ergebnisse auch ein potentieller Eintrag der
resistenten Mikroorganismen über die Luft oder andere Vektoren nicht
ausgeschlossen werden.
de
dc.description.abstract
Resistances against antibiotics represent a growing challenge for both human
and veterinary medicine around the globe. Plasmid-transmitted beta lactamases
play a pivotal role in the development of resistances against beta-lactam
antibiotics in Enterobacteriaceae. The bacterial synthesis of hydrolases with
the capability of cleaving the beta lactam ring and thereby enzymatically
inactivating beta lactam antibiotics is one of the most common bacterial
antibiotic resistance mechanisms. In this context, a subgroup of beta
lactameses termed 'extended spectrum beta lactamases' (ESBL) are of particular
relevance, as they are capable of dramatically reducing the efficacy even of
modern extended-spectrum cephalosporine und monobactame antibiotics. In recent
years, increasing evidence of ESBLs have been described worldwide. Studies
have reported of ESBL - producing E. coli, and other enterobacteriaceae; in
healthy livestock in Europe .inter alia, in healthy broilers. In addition,
resistant bacteria have been found in end products and foods such as meat,
fish and raw milk. Due to the limited data available on the presence and
potential distribution of 'ESBLs/AmpCs' in humans, animals and foods in
Germany, the collaborative project RESET was launched, which is financed by
assets from the German Ministry of Education and Research (BMBF). In this
project, research groups from the fields of veterinary and human medicine have
collected and are continuing to collect (during a second promotion period)
substantial amounts of data on the dissemination of ESBLs in the food chain.
As one aspect of the RESET collaboration, the main focus of the work presented
here was the analysis of the detection frequency of ESBL/AmpC - producing E.
coli in conventional broiler fattening farms in Germany throughout the entire
fattening period. In particular, it was the aim to achieve new insights into
the colonization dynamic of the resistant bacteria as well as their
distribution in the broiler fattening farm houses. An additional focus was the
analysis of a variety of transmission pathways of ESBL/AmpC- producing
Enterobacteriaceae, particularly E. coli, from broiler fattening farms to the
surrounding environment or vice versa. In initial investigations, the
ESBL/AmpC - status of 16 broiler fattening farms was determined using boot
swab samples. Of these 16 farms, seven ESBL/AmpC - positive broiler fattening
farms were included in the long-term study on the prevalence and transmission
of resistant microorganisms which is presented here. To determine the
detection frequencies of ESBL/AmpC - producing E. coli in broiler fattening
farms during the course of the fattening period, extensive measurements and
sample collections from animals, their surroundings, the stable air and
exhaust as well as the stable surroundings were carried out in each of the
examined broiler fattening farms on three occasions during the fattening
period (beginning, middle and end). Moreover, impingement was used to
determine the presence of ESBLproducing E. coli and other microorganisms in
the stable air and exhaust in order to identify potential emission pathways of
ESBL/AmpC-producing Enterobacteriaceae, particularly E. coli, from animal
farms into the environment. In doing so, the air samples from outside animal
housings as well as the floor samples from the direct stable surroundings were
collected in dependence of the respective wind direction. In addition, slurry
samples were collected directly from the slurry pit and examined for ESBL/AmpC
- E. coli. All suspected ESBL/AmpC- producing colonies isolated from MacConkey
agar, containing antibiotics, gathered from these samples were identified as
E. coli using MALDI-TOF and subsequently confirmed as carriers of an ESBL gene
or plasmid-coded AmpC gene using PCR. In addition, selected isolates from the
stable surroundings and the stable were analyzed for clonal relation using
pulsed field gel electrophoresis (PFGE). As a first result it should be
emphasized that, at every sampling occasion, there was at least one sample
from each broiler fattening farm where ESBL/AmpC-producing E. coli were
identified and their resistance genes could be identified using PCR. Moreover,
the resistant microorganisms were regularly found in the stable air, e.g. in
dust or litter, as well as on the floor of the stable surroundings, the slurry
and the stable air and exhaust. The detection frequencies of ESBL/AmpC-
producing E. coli in animals, from each 20 swab samples from individual
animals per farm varied between 0% and 100%. Nevertheless, the results of our
work show that ESBL/AmpC-producing E. coli are regularly present in cloacal
swabs of clinically healthy broilers as well as their stable surroundings. In
addition, high prevalences of the resistant microorganisms could even be found
in day-old chicks. Moreover, our results are the first report of a significant
increase of the detection frequency of resistant bacteria during the course of
the fattening period. This increase in prevalence was shown during the whole
fattening period in samples from individual animals as well as in samples from
the animal's surroundings. Therefore, apart from the possible entry via
positive day-old chicks, the current results demonstrate an influence of the
stable environment on the ESBL/AmpC status of a broiler flock. As a further
main result, these work strengthen the hypothesis of fecal and aerogenic
dissemination from broiler farms into the environment, as PFGE analyses showed
clonal matching between different isolates from inside and outside the animal
housings. PFGE shows results of restriction profile analyses with 86.3% to
100% clonal matching of isolates from the stables (air and slurry) in
comparison to isolates from the stable surroundings. Based on these results,
it can be concluded that fecal and aerogenic emission of ESBL/AmpCproducing E.
coli from broiler fattening farms through, among others, distribution of
contaminated slurry and stable exhaust is highly probable. However, the
results of this work do not exclude that there may also be an influx of the
resistant microorganisms.
en
dc.format.extent
V, 69 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Escherichia coli
dc.subject
extended spectrum betalactamases
dc.subject
animal husbandry
dc.subject
drug resistance
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::630 Landwirtschaft::630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
dc.title
Langzeituntersuchung zum Vorkommen und zur Transmission von
ESBL/AmpCproduzierenden Escherichia coli in Hähnchenmastbetrieben
dc.contributor.firstReferee
Univ.-Prof. Dr. Uwe Rösler
dc.contributor.furtherReferee
Univ.-Prof. Dr. Thomas Alter
dc.contributor.furtherReferee
PD Dr. Annemarie Käsbohrer
dc.date.accepted
2016-02-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000101659-3
dc.title.translated
Long-term study on the prevalence and transmission of ESBL/AmpC-producing
Escherichia coli in broiler fattening farms
en
refubium.affiliation
Veterinärmedizin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000101659
refubium.note.author
Mensch und Buch Verlag
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000018901
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access