Dissertation

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

 

 Julia Fischer

Feststellung der Prävalenz von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) und Extended-Spectrum Betalactamase- (ESBL-) bildenden Enterobacteriaceae in Schweine haltenden Betrieben

sowie bei menschlichen Kontaktpersonen und Erfassung assoziierter Risikofaktoren

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108980

title (engl.)

Prevalence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and extended-spectrum-betalactamase (ESBL) producing Enterobacteriaceae among pig farms and human contact persons and assessment of associated risk factors

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/fischerj_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden zwei Querschnittstudien durchgeführt, in denen das zunehmende Auftreten von multiresistenten Keimen im Bereich der landwirtschaftlichen Tierhaltung beleuchtet wurde. Bei den teilnehmenden Betrieben handelte es sich um Schweinehaltungen auf verschiedenen Produktionsstufen. Alle Betriebe lagen in Nordrhein-Westfalen.

Die Hauptstudie befasste sich gleichzeitig mit Landwirten und den von diesen gehaltenen Schweinen. Nasenabstriche und Stuhlproben von 85 Personen bzw. Staub- und Kotproben von 51 Betrieben wurden auf MRSA und ESBL-bildende Enterobacteriaceae mikrobiologisch untersucht. Zudem erfolgte die Erfassung möglicher Risikofaktoren für das Vorkommen der genannten Erreger mittels Fragebögen. Die MRSA-Isolate der Landwirte wurden anschließend einer spa-Typisierung unterzogen. Eine genaue Charakterisierung der isolierten ESBL-E, die von Landwirten und den zugehörigen Schweinen stammten, war möglich durch eine Ganzgenomsequenzierung mit MLST, Determinierung der ESBL kodierenden Gene und Ad hoc Core Genome MLST.

Ein Nachweis von MRSA gelang bei knapp 85% der Landwirte und auf 96% der Betriebe. Die spa-Typisierung der humanen Stämme ergab, dass bei 71 der 72 positiven Teilnehmer eine Kolonisation mit LA-MRSA bestand. Die Prävalenz von ESBL-E lag für die Landwirte bei 6%, während 61% der Schweinehaltungen positiv waren. Bei den humanen Isolaten traten die MLST-Sequenztypen bzw. ESBL-Gene ST10/CTX-M-1, ST196/TEM-52, ST278/TEM-52, ST410/CTX-M-15 und ST453/CTX-M-1 auf. In einem Fall war der ESBL-Stamm des Landwirts klonal identisch mit dem der Schweine. Vier andere Fälle, in denen die Resistenzgene übereinstimmten, ergaben einen völlig verschiedenen genetischen Hintergrund. Signifikante Zusammenhänge zwischen Erregerstatus und abgefragten Risikofaktoren waren nicht zu beobachten.

Die Studie zeigt die hohe Prävalenz multiresistenter Keime bei Landwirten und Schweinen in Nordwest-Deutschland. Durch die parallele Untersuchung von MRSA und ESBL-E wurde jedoch ein grundsätzlich verschiedenes Transmissionsverhalten bei beiden Erregergruppen deutlich: Die humanen MRSA-Isolate gehörten fast ausschließlich den LA-MRSA und damit einem einzigen klonalen Komplex (CC398) an. Eine häufige Übertragung dieser MRSA vom Schwein auf den Menschen war somit wahrscheinlich. Unterstrichen wurde diese Vermutung durch die hohe Prävalenz von MRSA bei den Landwirten, die weit über dem Durchschnitt der Allgemeinbevölkerung lag. Obwohl viele Betriebe positiv für ESBL-Bildner waren, gelang der Nachweis nur bei einzelnen Landwirten. Die Quote entsprach etwa der für die deutsche Allgemeinbevölkerung. In einem Fall konnte jedoch eine zoonotische Transmission nicht ausgeschlossen werden. Die übrigen Isolate zeichneten sich – auch innerhalb eines  Betriebs – meist durch große genetische Diversität aus. Die Darmflora der Schweine ist als ständige Quelle von ESBL-bildenden Enterobacteriaceae denkbar, deren Selektion durch die Verabreichung von Antibiotika begünstigt werden könnte.

In einer zweiten Studie lag der Fokus allein auf den ESBL-E. Es wurde ein bis dato neuer Ansatz gewählt, indem die Nasenvorhöfe von Landwirten auf das Vorkommen von Darmbakterien untersucht wurden, einschließlich einer Empfindlichkeitstestung nach EUCAST-Kriterien. 114 Probanden mit Schweinekontakt nahmen an der Erhebung teil. Auch hier erfolgte die Bestimmung von Risikofaktoren mit Hilfe von Fragebögen.

Fast 67% der Teilnehmer wiesen Enterobakterien in den Nares auf. Die prädominanten Spezies waren Proteus mirabilis (~15%), Pantoea agglomerans (~11%), Morganella morganii, Citrobacter koseri (je ~8%), Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli und Proteus vulgaris (je 7%). Bei keiner Person gelang der Nachweis von nasalen ESBL-Bildnern. Etwa 3% der Isolate waren resistent gegen Ciprofloxacin, 2% gegen Gentamicin, 24% gegen Trimethoprim-Sulfamethoxazol und 44% gegen Tigecyclin. Risikofaktoren, die mit bestimmten Erregern oder Resistenzmustern verknüpft waren, konnten nicht identifiziert werden.

Das Resistenzniveau der nasalen Enterobakterien war insgesamt niedrig. Trotz der bekannt hohen Prävalenz von ESBL-E bei Schweinen wurde deutlich, dass die Nares von Menschen mit Schweinekontakt kein Reservoir für diese Keime darstellen. Endogene Infektionen – ausgehend von einem nasalen Reservoir für ESBL-E – sowie eine Ausbreitung z.B. über Tröpfchen in die Allgemeinbevölkerung konnten somit ausgeschlossen werden. Die orofäkale Transmission von ESBL-bildenden Enterobacteriaceae steht vermutlich im Vordergrund.

abstract (englisch)

As part of the present thesis, two cross-sectional studies were carried out, in which the increasing occurrence of multi-resistant pathogens within animal farming was evaluated. Participating farms were pig housings including several production stages. All farms were located in North Rhine-Westphalia.

The first study focused on simultaneously assessing the prevalence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and extended-spectrum betalactamase-producing enerobacteria (ESBL-E) on pig farms and among the farmers working on these farms. Nasal swabs and stool samples from 85 farmers as well as dust and feces samples from 51 farms were microbiologically investigated for the presence MRSA and ESBL-E. In addition, risk factors for the occurrence of the mentioned pathogens were assessed using questionnaires. Subsequently, MRSA isolates from farmers were characterized by spa-typing. An exact characterization of ESBL-E isolates, which were retrieved from farmers and their respective farms, was possible using whole genome sequencing enabling extraction of data for classical multilocus sequence typing (MLST), core genome MLST and characterization of ESBL encoding genes.

MRSA were detected among almost 85% of the farmers and 96% of the pig farms. Spa-typing of human strains showed that 71 of 72 positive participants were colonized with spa types indicative for the LA-MRSA clonal lineage. Prevalence of ESBL-E among farmers was 6%, whereas ESBL-E were detected on 61% of the pig holdings. Within human isolates, MLST sequence types (ST) respectively ESBL genes comprised ST10/CTX-M-1, ST196/TEM-52, ST278/TEM-52, ST410/CTX-M-15 and ST453/CTX-M-1. In one case, the ESBL-E strain from a farmer was clonally identical to those from the pigs. Four other cases, in which the resistance genes in isolates from humans and local pigs were identical, yielded a completely different clonal background. Significant correlations between pathogen status and requested risk factors were not noticed.

The study demonstrates a high prevalence of multi-resistant pathogens among farmers and pigs in North-West Germany. Human MRSA isolates nearly exclusively belonged to the LA-MRSA clonal lineage (CC398). Hence, frequent transmission of this MRSA from pigs to human was probable. This assumption was emphasized by the high prevalence of MRSA among farmers, which clearly was above the average of the German general population. Although many farms were positive for ESBL-E, only 6% of the farmers carried ESBL-E, which corresponds to data from the general population in Germany. In one case, a clonal zoonotic transmission may have occured; the other cases indicated the presence of identical resistance genes among farmers and isolates from their farms, but within clonally diverse backgrounds. Conceivably, intestinal microbiota of pigs is a permanent source of ESBL-E, the selection of which could be facilitated by application of antibiotics.

The second study focused on ESBL-E only. As it was recently demonstrated that a major proportion of humans carry Escherichia coli not only in their intestine, but also in  the nares, we investigated the nasal vestibules of farmers for the occurrence of enteriobacteria including susceptibility testing. 114 farmers with pig contact took part in the survey. Here, an identification of risk factors also was carried out using questionnaires. Nearly 67% of the participants carried enterobacteria in their nares. Predominant species were Proteus mirabilis (~15%), Pantoea agglomerans (~11%), Morganella morganii, Citrobacter koseri (each ~8%), Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli und Proteus vulgaris (each 7%). However, none of the farmers carried ESBL-E in the nares. About 3% of the isolates were resistant to ciprofloxacin, 2% to gentamicin, 24% to trimethoprim-sulfamethoxazole and 44% to tigecycline. Risk factors related to particular pathogens or resistance patterns were not identified.

Overall, the resistance level of nasal enterobacteria was low. Despite a known high prevalence of ESBL-E on pig farms this shows that nares of humans with pig contact do not represent a major reservoir for those pathogens. Thus, endogenous infections originating from a nasal reservoir for ESBL-E as well as spread e.g. by droplets in the common population is improbable. Presumably, orofecal transmission of ESBL-E has priority.

keywords

MRSA, ESBL, Schweinehalter, pig farmers

kb

3.305