Antibiotikaresistenz von Enterokokken aus landwirtschaftlichen Nutztieren und Lebensmitteln tierischer Herkunft

Abstract

Innerhalb der letzten Jahre ist eine Zunahme der Infektionen mit Enterococcus spp., insbesondere E. faecalis und E. faecium, in der Humanmedizin zu beobachten. Gleichzeitig kommen Resistenzen gegen wichtige Antibiotika bei dieser Bakteriengattung mit steigender Häufigkeit vor. Ein Zusammenhang mit dem Einsatz von Antibiotika in der Haltung landwirtschaftlicher Nutztiere wird diskutiert. Vor diesem Hintergrund sollte in dieser Dissertation das Resistenzverhalten von Enterokokkenstämmen untersucht werden, die von Rind und Schwein sowie aus von diesen Tierarten gewonnenen Lebensmitteln isoliert wurden. Als Lebensmittel wurden für die Untersuchung insbesondere Hackfleisch, Rohwurst, Schinken und Weichkäse ausgewählt, da in diesen ein Vorkommen von Enterokokken tierischen Ursprungs theoretisch möglich ist und diese zum Rohverzehr bestimmt sind. Bundesweit wurden 60 Rinderherden (Jungbullen und Kälber), 97 Schweineherden sowie 166 Lebensmittelproben untersucht. Daraus wurden 1257 Enterokokkenstämme isoliert und deren Spezies bestimmt. Zur Gattungsdiagnose wurden die Katalase- und Pyrrolidonylarylamidase-Aktivität sowie die Fähigkeit zum Wachstum in Gegenwart von 6,5% NaCl überprüft. Die Speziesdiagnose erfolgte anhand des Hämolyseverhaltens, der Pigmentproduktion, der Beweglichkeit, Fähigkeit zur Tetrazoliumreduktion, Vorhandensein der Arginindihydrolase und einer Reihe von Kohlenhydratspaltungstests. Von 569 ausgewählten Isolaten wurde das Resistenzverhalten gegenüber Penicillin, Ampicillin, Amoxicillin/Clavulansäure, Gentamicin, Tetrazyklin, Erythromycin, Tylosin, Vancomycin, Teicoplanin, Enrofloxacin, Quinupristin/Dalfopristin, Chloramphenicol, Bacitracin, Flavomycin und Avilamycin im Mikrodilutionsverfahren überprüft. Bei Stämmen mit einer MHK gegenüber Gentamicin von größer oder gleich 256 mg/l wurde im Etest-Verfahren das Vorkommen der Hochresistenz überprüft. Glykopeptidresistente Stämme wurden mit Hilfe der Polymerasekettenreaktion auf das Vorkommen der Resistenzgene vanA, vanB, vanC1 und vanC2 untersucht. Penicillinresistenz trat bei 11%, 31% und 4% der E. faecium-Isolate vom Rind, Schwein und aus Lebensmitteln auf. Ampicillin- und Amoxicillin/Clavulansäureresistenz kam bei 3% der E. faecium-Isolate vom Schwein vor. Mit Ausnahme eines E. durans/hirae-Stammes verhielten sich alle anderen Isolate gegenüber diesen ß-Laktam-Antibiotika sensibel. Gegenüber Gentamicin verhielten sich 2% der E. faecalis-Isolate vom Schwein und 1% der E. faecalis-Isolate aus Lebensmitteln hochresistent, darüber hinaus trat diese Resistenzform bei E. faecalis und E. faecium nicht auf. vanA-vermittelte Glykopeptidhochresistenz wurde bei 3 E. faecium Isolaten vom Schwein festgestellt, andere Stämme zeigten diese Resistenzform nicht. Quinupristin/Dalfopristin-Resistenz kam bei 56%, 57% und 23% der E. faecium- Isolate jeweils vom Rind, Schwein und Lebensmittel vor. Gegenüber Tetrazyklin lagen die Resistenzraten von E. faecalis und E. faecium zwischen 16% (E. faecalis vom Rind) und 37% (E. faecalis vom Schwein), gegenüber Erythromycin zwischen 6% (E. faecalis vom Rind) und 49% (E. faecium vom Schwein) und gegenüber Chloramphenicol zwischen 4% (E. faecium aus Lebensmitteln) und 22% (E. faecium vom Rind). Gegenüber Enrofloxacin verhielt sich E. faecalis (33% sensible Isolate beim Rind) empfindlicher als E. faecium (0% sensible Isolate beim Rind). Gegenüber den Leistungsförderern bewegten sich die Resistenzen zwischen 0% (E. faecium vom Rind gegen Tylosin) und 100% (E. faecium aus Lebensmitteln gegen Flavomycin). Rinder- und Schweinebestände scheinen als Reservoir für Enterokokken mit Resistenzen gegen die humanmedizinisch bei Enterokokkeninfektionen in erster Linie eingesetzten Antibiotika (Ampicillin, Gentamicin und die Glykopeptide) nur eine sehr untergeordnete Rolle zu spielen. Auch scheint die Gefahr für den Verbraucher, solcherart resistente Enterokokken über Lebensmittel aufzunehmen, gering. Demgegenüber sind die Resistenzraten gegenüber dem neuzugelassenen humanmedizinischen Therapeutikum Quinupristin/Dalfopristin sowohl in Rinder- und Schweinebeständen als auch in den Lebensmitteln bedenklich hoch, wobei die wahrscheinliche Ursache dafür durch das Verbot des Einsatzes von Virginiamycin beseitigt worden sein dürfte. Resistenzen gegenüber human- und veterinärmedizinisch wichtigen Antibiotika, die bei Enterokokkeninfektionen nicht das Mittel der ersten Wahl darstellen, wie beispielsweise Tetrazyklin und Erythromycin, traten zum Teil relativ häufig auf. Hier ist nicht auszuschließen, daß eine Übertragung auf andere Bakteriengattungen stattfinden kann. Darin liegt zwar möglicherweise eine Gefahr für den Verbraucher, andererseits erscheint der Einsatz einer gewissen Zahl wirksamer Antibiotika zu therapeutischen Zwecken auch bei lebensmittelliefernden Tieren unverzichtbar. Insgesamt kann das Risiko für den Verbraucher, über Lebensmittel Enterokokken aufzunehmen, die gegen die bei Enterokokkeninfektionen in erster Linie eingesetzten Antibiotika resistent sind, als gering eingeschätzt werden.

The quantity of infections caused by enterococci, in particular E. faecalis and E. faecium, has been increasing in the field of human medicine within the last years. Resistances to important antimicrobial agents have been increasing in this genus simultaneously. A connection with the application of antimicrobial agents in livestock farming is supposed. The target of this study was to determine the resistance behaviour of strains of enterococci isolated from cattle, pigs and food made of these animal species. Minced meat, raw sausages, ham and soft cheese were chosen for the analysis in particular since these could contain enterococci of animal origin and are intended to be consumed uncooked. Sixty herds of cattle (young bulls and calves), ninety seven herds of pigs and one hundred and sixty-six food samples from different regions of Germany were investigated. 1257 strains of enterococci were isolated out of them and identified to the species level. The genus Enterococcus was confirmed using the catalase test, pyrrolidonylarylamidase test and testing for growth in BHI broth with 6.5% NaCl. The species was diagnosed by examining haemolysis behaviour, pigment production, motility, the ability to reduce tetrazolium, the presence of arginine dihydrolase and a series of hydrocarbonate splitting tests. The resistance of five hundred and sixty-nine selected strains was determined to penicillin, ampicillin, amoxicillin/clavulanic acid, gentamicin, tetracycline, erythromycin, tylosin, vancomycin, teicoplanin, enrofloxacin, quinupristin/dalfopristin, chloramphenicol, bacitracin, flavomycin and avilamycin using the microbroth dilution method. Strains possessing a mimimal inhibitory concentration (MIC) to gentamicin higher than or equal to 256 mg/l were checked for high-level resistance with the Etest method. Glycopeptide- resistant strains were tested for the resistance genes vanA, vanB, vanC1 and vanC2 using the polymerase chain reaction (PCR). Resistance to penicillin occured in 11%, 31% and 4% of the E. faecium strains isolated from cattle, pigs and food, respectively. Resistance to ampicillin and amoxicillin/clavulanic acid was found in 3% of the E. faecium isolates from pigs. The remaining strains (with the exception of one E. durans/hirae isolate) were susceptible to these beta-lactam antibiotics. High-level resistance to gentamicin was restricted to 2% of the E. faecalis strains isolated from pigs and 1% of the E. faecalis strains isolated from food. VanA- mediated high level resistance to glycopeptide antibiotics was found exclusively in three E. faecium strains isolated from pigs. Resistance to quinupristin/dalfopristin was observed in 56%, 57% and 23% of the E. faecium strains isolated from cattle, pigs and food, respectively. The resistance rates of E. faecalis and E. faecium to tetracycline ranged between 16% (E. faecalis isolated from cattle) and 37% (E. faecalis isolated from pigs), to erythromycin between 6% (E. faecalis isolated from cattle) and 49% (E. faecium isolated from pigs) and to chloramphenicol between 4% (E. faecium isolated from food) and 22% (E. faecium isolated from cattle). E. faecalis (33% susceptible strains isolated from cattle) was more susceptible to enrofloxacin than E. faecium (0% susceptible strains isolated from cattle). The resistances to the antimicrobial growth promoters ranged from 0% (E. faecium isolated from cattle to tylosin) to 100% (E. faecium isolated from food to flavomycin). Cattle and pigs seem to have only little importance as a reservoir of enterococci with resistances to ampicillin, gentamicin and the glycopepetide antibiotics, which are the agents of choice for the treatment of enterococcal infections in human medicine. The risk for the consumers to acquire such resistant enterococci via the food chain seems to be very small. Compared with this the resistance rate to the recently approved antimicrobial agent quinupristin/dalfopristin is rather high in E. faecium isolated from cattle, pigs and food. This problem is probably caused by the former use of the antimicrobial growth promoter virginiamycin in conventional animal fattening. Virginiamycin causes cross-resistances to quinupristin/dalfopristin in enterococci and has been banned in the EU since 1999. This ban is probably followed by a decrease of resistances to quinupristin/dalfopristin. Resistances to antimicrobial agents, which have importance in veterinary and human medicine but only a low significance in the treatment of enterococcal infections, e.g. tetracycline or erythromycin, were partly found quite frequently. A transfer of resistance genes to other genera of bacteria cannot be ruled out. This may imply a risk for the consumers, on the other hand the use of a certain quantity of antimicrobial active agents for the treatment of bacterial infections in farm animals seems to be indispensible. The risk for the consumers to acquire enterococci, which are resistant to the agents of choice for the treatment of enterococcal infections, via the food chain seems to be very small.