Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Andrea Theresia Feßler, PhD

Studien zu Qualitätskontrollbereichen und klinischen Grenzwerten für Cefoperazon zur Bekämpfung

boviner Mastitiden

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108018

title (engl.)

Studies on quality control ranges and clinical breakpoints for cefoperazone for the treatment of bovine mastitis

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/fesslera_ss16.pdf

abstract (deutsch)

Mastitiden, die häufig von Bakterien wie Staphylokokken, Streptokokken und Escherichia coli hervorgerufen werden, zählen zu den wirtschaftlich bedeutendsten Erkrankungen von Milchkühen. Aufgrund der Resistenzsituation ist eine ordnungsgemäße Empfindlichkeitstestung von großer Bedeutung. Bei bovinen Mastitiserregern wird dies allerdings in vielen Fällen durch fehlende Qualitätskontroll (QC)-Bereiche und fehlende klinische Grenzwerte beeinträchtigt. Dabei dienen die QC-Bereiche der Validierung der Ergebnisse. Die Klinischen Grenzwerte dienen dazu, eine Vorrausage im Hinblick auf einen zu erwartenden Therapieerfolg zu treffen und basieren, neben mikrobiologischen, auch auf pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Daten des Wirkstoffs in der entsprechenden Tierart.

Aus diesem Grund sollten im Rahmen dieser Arbeit QC-Bereiche für Cefoperazon für die Agardiffusion mittels 30 µg-Plättchen und in der Folge klinische Grenzwerte für Staphylokokken, Streptokokken und E. coli ermittelt werden.

Im Rahmen eines Ringversuchs, an dem acht Labore teilnahmen, wurden QC-Bereiche für die beiden QC-Stämme Staphylococcus aureus ATCC® 25923 und E. coli ATCC® 25922, bei Verwendung von 30 µg-Cefoperazon-Plättchen erarbeitet. Dabei wurden die beiden Stämme in jedem Labor an zehn Tagen mit zwei Chargen Cefoperazon 30 µg-Plättchen auf drei verschiedenen Chargen Mueller-Hinton (MH)-Agar getestet. Mit Hilfe der RangeFinder Software wurden für S. aureus ATCC® 25923 ein QC-Bereich von 23-34 mm und für E. coli ATCC® 25922 ein QC-Bereich von 24-33 mm ermittelt. Diese Daten wurden 2013 dem Veterinary Antimicrobial Susceptibility Testing Unterausschuss des Clinical and Laboratory Standards Institute vorgestellt, als QC-Bereiche anerkannt und 2015 in das aktuelle CLSI-Dokument VET01-S aufgenommen.

Nach der Ermittlung und Anerkennung der QC-Bereiche wurden 637 bovine Mastitiserreger unter Verwendung der Cefoperazon 30 µg-Plättchen mittels Agardiffusion getestet, um klinische Grenzwerte für S. aureus (n=112), Koagulase-negative Staphylokokken (n=121), Streptococcus agalactiae (n=101), Streptococcus dysgalactiae (n=100), Streptococcus uberis (n=100) und E. coli (n=103) zu ermitteln. Unter Verwendung der in einer früheren Studie ermittelten Minimalen Hemmkonzentrationen (MHKs) dieser Stämme wurden Streuungsdiagramme erstellt. Auf deren Basis und unter Verwendung der, in einer früheren Studie ermittelten Cefoperazon-MHK-Grenzwerten, wurden für die Staphylokokken und E. coli die folgenden Grenzwerte ermittelt: ≥ 23 mm (sensibel), 18-22 mm (intermediär) und ≤ 17 mm (resistent). Da bei den getesteten Streptokokken-Isolaten keine als resistent zu beurteilenden Isolate vorhanden waren, wurden lediglich die Kategorien sensibel (≥ 18 mm) und nicht-sensibel (≤ 17 mm) eingeführt. Dabei ist anzumerken, dass die Beurteilungskriterien gegebenenfalls anzupassen sind, wenn resistente Isolate zur Verfügung stehen.

Neben den klinischen Grenzwerten, gibt es auch die Möglichkeit die Empfindlichkeit von Bakterienpopulationen epidemiologisch zu beurteilen. Dazu werden Bakterienpopulationen auf Speziesebene mittels ECOFFs in eine sensible „Wildtyp“-Population und eine „nicht-Wildtyp“-Population mit erworbenen Resistenzeigenschaften unterschieden. Bei einem Vergleich der klinischen Grenzwerte und der ECOFFs für Cefoperazon-Bouillon-Mikrodilution und Agar-Diffusion mittels Cefoperazon 30 µg-Plättchen zeigte sich, dass die ECOFFs für S. aureus in dem Bereich der intermediären Kategorie lokalisiert war. Im Vergleich dazu lagen die ECOFFs für die drei Streptokokken-Spezies und E. coli im, als sensibel beurteilten Bereich, wobei jeweils auch Isolate als „nicht-Wildtyp“ klassifiziert wurden, die als klinisch sensibel zu beurteilen sind. Dies zeigt, dass ECOFFs in der Lage sein können, Resistenzentwicklungen aufzuzeigen bevor sie sich in den Resistenzraten niederschlagen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen einen Beitrag zur Harmonisierung der Cefoperazon-Empfindlichkeitstestung mittels Agardiffusion unter Verwendung der 30 µg-Plättchen beitragen. Zudem konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass klinische Grenzwerte und ECOFFs beide ihre Berechtigung haben, solange sie bestimmungsgemäß verwendet werden.

abstract (englisch)

Mastitis, which is commonly caused by bacteria such as staphylococci, streptococci and Escherichia coli, belong to the economically most important diseases of dairy cows. Due to the resistance situation, correct susceptibility testing is important. For bovine mastitis pathogens, this is compromised in many cases by the lack of quality control (QC) ranges and clinical breakpoints. The QC ranges are indispensable for the validation of the results. Clinical breakpoints are used to predict the probable outcome of the therapy and are, besides microbiological data, based on pharmacokinetic and pharmacodynamic data of the respective antimicrobial agent in the target animal species.

Therefore, QC ranges for cefoperazone agar disk diffusion, using 30 µg disks and subsequently clinical breakpoints for staphylococci, streptococci and E. coli should be developed.

During an interlaboratory trial, including eight laboratories, QC ranges for the two QC strains Staphylococcus aureus ATCC® 25923 and E. coli ATCC® 25922 were developed for the use of cefoperazone 30 µg disks. Both strains were tested in each laboratory at ten days using two lots of cefoperazone 30 µg disks and three lots of Mueller-Hinton (MH) agar. For S. aureus ATCC® 25923, a QC range of 23-34 mm and for E. coli ATCC® 25922, a QC range of 24-33 mm was determined using the RangeFinder Software. These data were, after presentation to the Veterinary Antimicrobial Susceptibility subcommittee of the Clinical and Laboratory Standards Institute, accepted as QC ranges and have been included in the most recent CLSI document VET01-S in 2015.

After the development and the acceptance of the QC ranges, 637 bovine mastitis pathogens were tested by agar disk diffusion using 30 µg disks, to develop clinical breakpoints for S. aureus (n=112), coagulase-negative staphylococci (n=121), Streptococcus agalactiae (n=101), Streptococcus dysgalactiae (n=100), Streptococcus uberis (n=100) and E. coli (n=103).

Using the minimal inhibitory concentrations (MICs) of these isolates, determined in a previous study, scattergrams were constructed. Based on them, the following breakpoints were determined for staphylococci and E. coli: ≥ 23 mm (susceptible), 18-22 mm (intermediate) und ≤ 17 mm (resistant). Since there were no isolates in the streptococcal population, being classified as resistant, only the categories susceptible (≥ 18 mm) and non-susceptible (≤ 17 mm) were introduced. It should be noted, that these interpretive criteria might require reevaluation when resistant isolates become available.

Besides the clinical breakpoints, there is the option to epidemiologically evaluate the MICs or zone diameters of bacteria. By using epidemiological cutoff values (ECOFFs), bacterial populations are divided on species level into a “wildtype” population which lacks acquired resistance mechanisms and a “non-wildtype” population, which posseses acquired resistance mechanisms. The comparison of clinical breakpoints and ECOFFs for cefoperazone broth microdilution and agar disk diffusion using cefoperazone 30 µg disks revealed that the ECOFFs for S. aureus fell into the range of the intermediate category. In comparison the ECOFFs for the three streptococcal species and E. coli were located in the range of the susceptible category. In all cases, some isolates were classified as „non-wildtype” by ECOFFs, despite being classified as susceptible by clinical breakpoints. This indicates, that ECOFFs can be able to detect resistance development before it becomes visible in the resistance rates.

The results of this thesis shall contribute to a harmonization of the cefoperazone susceptibility testing by agar disk diffusion using 30 µg disks. Moreover, it could be shown that clinical breakpoints and ECOFFs both have their warranty as long as used appropriately.

keywords

Agardiffusion, antimikrobielle Empfindlichkeitstestung, Drittgenerations-Cephalosporin; agar disk diffusion, antimicrobial susceptibility testing, 3rd generation cephalosporin

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