Dissertation

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

Paula Hagedorn

Behandlung von Schweinen mit Enrofloxacin enthaltenden Futtermittelformulierungen – Umgebungsbelastungen und Resistenzentwicklungen von Escherichia coli

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109808

title (eng.)

Treatment of pigs with Enrofloxacin via different oral dosage forms – environmental contaminations and development of resistance of Escherichia coli

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/hagedornp_ss17.pdf

abstract (deutsch)

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen verschiedener antibiotikahal_tiger Futtermittelformulierungen auf die Wirkstoffverschleppung in die Umgebung und die Resistenzentwicklung kommensaler intestinaler Escherichia coli (E. coli) beim Schwein zu untersuchen.

Dazu wurden drei verschiedene orale Darreichungsformen in In-vivo-Experimenten an Schweinen getestet. In jedem Versuchsdurchgang wurde eine Gruppe von sechs Schweinen in einer Dosierung von 2,5 mg/kg KG mit Enrofloxacin als Testsubstanz einmal täglich über das Futter (Mehl, Pellet, Granulat) behandelt. Zusätzlich wurden jeweils vier weitere, nicht behandelte Tiere als Sentinels im selben Stall gehalten, um den Effekt des Antibiotikaeintrags in die Umgebung auf deren kommensale Intestinalflora (E. coli) zu untersuchen. Die beiden Tiergruppen hatten keinen direkten Kontakt untereinander.

 

Um eine Resistenzentwicklung zeigen zu können, wurde die minimale Hemmstoffkonzentration (MHK) von zehn E._coli-Isolaten aus dem Kot pro Tier mit Hilfe von Epsilometertests ermittelt. Zur Interpretation der Ergebnisse wurden der epidemiologische Cut-off (ECOFF, MHK < 0,125 µg/ml Enrofloxacin) und der klinische Breakpoint (kBp, MHK > 4 µg/ml Enrofloxacin) herangezogen.

 

Während der jeweils fünftägigen Behandlungsperiode konnten Enrofloxacin und sein aktiver Hauptmetabolit Ciprofloxacin im Aerosol und Sedimentationsstaub detektiert werden. Beim Vergleich der Darreichungsformen wurden höhere Staubgehalte bei Mehl- und Granulatfütterung im Vergleich zur Pelletfütterung ermittelt.

Eine Veränderung der Empfindlichkeit von E. coli gegen Enrofloxacin konnte für alle drei wirkstoffhaltigen Futtermittel demonstriert werden, allerdings wurden nur sehr wenige resistente E._coli-Isolate im Zuge des Mehlfütterungsversuchs gefunden. Im Vergleich zu den mehl- und granulatgefütterten Schweinen entwickelten sich bei den pelletgefütterten Schweinen schneller Low-level-Fluorchinolon-Resistenzen (MHK zwischen dem ECOFF und kBb). High-Level-resistente Isolate (MHK > 32 µg/ml Enrofloxacin) konnten bei keinem der Experimente nachgewiesen werden. Insgesamt lagen die ermittelten MHK-Werte unter der Pelletbehandlung am höchsten.

 

Die Ergebnisse demonstrieren, dass alle getesteten enrofloxacinhaltigen Futterformulierungen zu einer Wirkstoffverschleppung in die Stallumgebung sowie zu einer Low-level-Resistenzentwicklung bei E._coli-Isolaten aus Schweinekot führen. Angesichts der gegebenen Versuchsbedingungen zeigte die Behandlung über Pellets zwar Vorteile bzgl. des Antibiotikaeintrags in die Umgebung, allerdings wurde hier die deutlichste Resistenzentwicklung ermittelt. Beim Mehl- und Granulatversuch lagen die Wirkstoffgehalte im Staub und Aerosol zwar höher, allerdings entwickelten sich wiederum weniger Resistenzen.

Im Hinblick auf die vorliegenden Resultate kann somit keine Empfehlung ausgesprochen werden, welche der untersuchten Darreichungsform im Falle einer Fütterungsbehandlung zu bevorzugen wäre. Die Suche nach anderen Formulierungen mit entsprechender Reduzierung der Umgebungsbelastung sollte weitergeführt werden. Ob sich dies jedoch auch vorteilhaft bzgl. des Resistenzgeschehens auswirkt, muss dabei geklärt werden.

abstract (englisch)

The objective of this study was to determine the influence of fluoroquinolones on the carryover in the environment and the development of bacterial resistance of commensal intestinal Escherichia coli (E. coli) in pigs.

Therefore, three oral dosage forms were tested in three different experimental trials. For each experiment six pigs were treated once a day with 2.5 mg/kg enrofloxacin as a test substance via meal, pellets and granulate. In addition to that, four non-treated pigs were kept in the same stable as sentinels to examine the effect of antibiotic carry-over on their commensal intestinal flora (E. coli). Both groups had no direct contact with each other.

 

To show the development of antibacterial resistance the minimal inhibitory concentrations (MIC) of ten E. coli isolates per animal were determined by epsilometer test. Critical parameters for interpretation were the epidemiological cut-off (< 0.125 µg/ml enrofloxacin) and the clinical breakpoint (> 4 µg/ml enrofloxacin).

 

During treatment over a period of five days, enrofloxacin and its active metabolite ciprofloxacin could be detected in aerosols and sedimentation dust. The comparison of all dosage forms revealed higher residues caused by meal and granulate feeding than by pellet feeding.

A change in the antimicrobial susceptibility of E. coli in both groups and all tested oral dosage forms were demonstrated. However, there was only a very small amount of resistant E. coli isolates detected in the meal feeding trial. In comparison to pigs fed with meal and granulate, a faster development of low-level-fluoroquinolone resist_ance appeared in pellet treated pigs (MIC between epidemiological cut-off and clinical breakpoint). High-level-resistances (MIC > 32 µg/ml enrofloxacin) could not be detected in any experimental trials. Overall the development of resistance was highest due to pellet feeding.

 

The results demonstrate that all tested dosage forms of enrofloxacin resulted in antibiotic carry-over in the environment as well as in low-level-resistance development in pigs. Concerning our experimental conditions the pellet administration showed advantages in antibiotic distribution in the stable compared to the meal and granulated form, but it also led to the highest antibacterial resistance development. Although the active substance levels in dust and aerosol were higher during meal and granulate feeding, the development of resistance was significantly lower.

With respect to the present results it cannot be recommended which oral dosage form should be used in the case of oral treatment via feed in pigs. Thus, there is still substantial need for research regarding the infeed administration.

The search for other oral dosage forms in accordance with a reduced environmental contamination is necessary. If this also results in advantages with respect to the development of resistance needs to be clarified.

keywords

Antibiotikaverschleppung, Antibiotikaresistenz, Escherichia ; coli/antibiotic carry over, antibiotic resistance, Escherichia coli

kb

4.764