Dissertation

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

Thea Louise Prüfer

Vorkommen und Verbreitung von Serotypen bei Streptococcus-suis-Isolaten in Deutschland

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-110842

title (eng.)

Occurence and distribution of serotypes in Streptococcus suis isolates in Germany

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/pruefert_ws17.pdf

abstract (deutsch)

Infektionen mit S. suis stellen weltweit ein großes wirtschaftliches Problem in der Schweinehaltung dar. Durch das zoonotische Potential des Erregers kommt es auch beim Menschen immer wieder zu schwerwiegenden Erkrankungen, teilweise mit Todesfolge. Die Serotypisierung der Isolate kann dabei helfen, die Epidemiologie dieses heterogenen Erregers nachzuvollziehen, virulente Stämme zu charakterisieren und geeignete Therapie- und Prophylaxeverfahren einzuleiten. Seit mehr als 10 Jahren wurden keine Daten über die Verbreitung der verschiedenen S.suisSerotypen in Deutschland veröffentlicht. Aus diesem Grund war es Ziel der vorliegenden Arbeit einen aktuellen Überblick über das Vorkommen verschiedener Serotypen in deutschen Schweinehaltungen zu erlangen. Im Zuge der weltweit steigenden Antibiotikaresistenzen sollte durch die Untersuchung der Isolate im Mikrodilutionsverfahren weiterhin ein Eindruck über die aktuelle Lage der Resistenzen innerhalb der Spezies S. suis gewonnen werden.

 

Zwischen April 2015 und Dezember 2016 wurden insgesamt 522 S.-suis-Isolate, die schwerpunktmäßig aus Nordwestdeutschland stammten, für die vorliegende Arbeit untersucht. Nach molekulargenetischer Serotypisierung der Isolate mit einer im Zuge dieser Studie etablierten Multiplex-PCR konnten 500 Isolate einem der bekannten Serotypen zugeordnet werden (OKURA et al. 2014). Um einen Eindruck über die Entwicklung der Serotypen-Verbreitung in Deutschland zu bekommen, wurde ein Vergleich zu einer älteren Sammlung an S.-suis-Isolaten gezogen (SILVA et al. 2006). Es zeigte sich, dass die Serotypen 2 oder 1/2 nach wie vor die am häufigsten isolierten invasiven Serotypen in Deutschland sind (23,5%). Allerdings kommen diese heute hoch signifikant seltener als invasiver Erreger vor als noch vor mehr als 10 Jahren. Damit waren diese nicht viel häufiger in der aktuellen Sammlung vertreten als Serotyp 9 (22,4%). Dies könnte auf einen Erfolg der Prophylaxe durch autogene Serotyp2-Vakzinen hinweisen. Während der Anteil an Serotyp 9 im Vergleich der beiden Zeiträume annähernd stabil blieb (25,7% und 22,4%), fiel der Rückgang an Serotyp 2 oder 1/2 bei den invasiven Isolaten vor allem zu Gunsten von Serotyp 7 (15,3%) und 4 (9,4%) aus. Diese Ergebnisse zeigen, dass aktuell in Deutschland vermehrt auch andere Serotypen außer Serotyp 2 und 9 an Bedeutung als invasive Infektionserreger beim Schwein gewonnen haben und deshalb bei der Bekämpfung bzw. Prophylaxe berücksichtigt werden sollten. Ein Großteil der mittels PCR feststellbaren 35 Serotypen konnte bei jeweils mindestens einem Tier aus ZNS, Gelenk, Blut oder anderen inneren Organen isoliert werden. Das zeigt, dass potentiell viele der beschriebenen Serotypen von S. suis als invasive Infektionserreger auftreten können. Bei den Isolaten von gesunden Schweinen war der relative Anteil an nicht-typisierbaren Isolaten aus beiden Zeiträumen verhältnismäßig hoch (20% und 11,5%) im Vergleich mit den klinischen Isolaten. Die Anteile der einzelnen Serotypen waren in dieser Gruppe recht homogen verteilt.

 

Die 22 nicht-typisierbaren Isolate aus der aktuellen Sammlung wurden weiteren Untersuchungen unterzogen. Mittels TEM konnte gezeigt werden, dass einige der Isolate durchaus eine Polysaccharidkapsel ausbildeten. Das könnte darauf hinweisen, dass es sich bei den betreffenden Isolaten um neue Serotypen von S. suis handelt. Andere dieser Isolate zeigten wiederum keine oder eine defekte Kapselbildung. Dies könnte ein Hinweis auf Mutationen im Kapsellocus sein, welche die Nicht-Typisierbarkeit begründen könnten. Mittels MLST konnte gezeigt werden, dass die nicht-typisierbaren Isolate keine eigene klonale oder verwandte Gruppe darstellen, sondern versprengt in der S.suis-Population vorzukommen scheinen.

 

Um einen Überblick über die derzeitige Lage der Antibiotikaresistenzen zu erhalten, wurden 518 der S.-suis-Isolate im Mikrodilutionsverfahren auf ihre Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Antibiotika untersucht. Die Resistenzlage des Erregers hat sich im Vergleich mit älteren Untersuchungen in Deutschland insgesamt nicht nennenswert verändert. Ein Großteil der Isolate zeigte Resistenzen gegenüber Tetracyclin (82,2%) und Erythromycin (66,7%). Gegenüber den bei S.suisInfektionen eingesetzten β-Laktam-Antibiotika wie Ampicillin (0,8%), Amoxicillin/Clavulansäure (0%), Penicillin G (1,7%) oder auch Ceftiofur (1,2%) waren nur wenige Isolate resistent. Allerdings konnte gezeigt werden, dass Carrier-Isolate einige Antibiotika betreffend signifikant häufiger Resistenzen ausbilden als invasive Isolate. Auch der Anteil an multiresistenten Isolaten lag bei den Carrier-Isolaten vergleichsweise höher. Damit stellt diese Gruppe über eine mögliche horizontale Weitergabe von Resistenzgenen ein potentielles Risiko für die Verbreitung von Resistenzen in der S.-suis-Population dar. Eine fortlaufende, standardisierte Überwachung der Resistenzentwicklung ist vor dem Hintergrund der enormen Bedeutung des Erregers in der Schweinehaltung und dem humanpathogenen Potential angezeigt.

abstract (englisch)

Infections with S. suis present a major and worldwide economic risk in pig husbandry. The zoonotic potential of the pathogen increasingly leads to severe diseases within humans as well, occasionally even with fatal outcome. Serotyping of the isolates can help to understand the epidemiology of this pathogen as well as to characterize virulent strains and initiate suitable therapeutic and prophylactic actions. For more than ten years no data on the prevalence of the different serotypes of S. suis has been published in Germany. Thus it was one of the aims of the present study to provide a current overview on the prevalence of different S. suis serotypes in German pig husbandry. In the course of worldwide increasing antimicrobial resistances in bacterial pathogens, up to date knowledge of the occurrence of antibiotic resistances in S. suis is vitally important. Therefore the antibiotic susceptibility of current S. suis isolates was determined in this study using a broth microdilution method.

 

Between April 2015 and December 2016, 522 S. suis isolates, which were collected primarily from the north-western parts of Germany, were investigated for this study. By serotyping of the isolates with a multiplex-PCR, which had been established for this study, it was possible to assign 500 isolates to one of the known serotypes (OKURA et al. 2014). In order to obtain an overview of the potential shift of serotype prevalence within Germany, older data on S. suis isolates served as a point of comparison (SILVA et al.  2006). Results of the comparison showed that serotypes 2 or 1/2 still present the majority of invasive serotypes in German S. suis isolates (23,5%). However, their occurrence as an invasive pathogen decreased highly significantly and these two serotypes are nowadays more seldom than ten years ago. Their frequency within the present collection of isolates now was not significantly higher than that of serotype 9 isolates (22,4%). This might indicate that prevention strategies implementing autogenous serotypes 2 vaccines successfully eliminated this serotypes from pig farms. Whilst the proportion of serotype 9 was stable between both time periods (25,7% and 22,4%), the reduction of serotype 2 or 1/2 within the invasive isolates boosted other serotypes, mainly serotype 7 (15,3%) and 4 (9,4%). The results showed an increasing number of different serotypes other than serotype 2 and 9, which gained in relevance as an invasive infectious agent in pigs and thus have to be considered in view of therapy and prophylaxis. A majority of the 35 serotypes, which were detectable through PCR, could be isolated from the central nervous system (CNS), joints, blood or other inner organs of at least one pig. This shows that many of the described serotypes of S. suis could potentially occur as invasive infectious agents. Compared to the clinical isolates, those from healthy pigs showed a relatively high proportion of non-typeable isolates in both time periods (20% and 11,5%) and a greater overall variability of serotypes.

 

The 22 non-typeable isolates of the current collection were investigated more closely. By TEM, it was possible to show that some isolates still express a polysaccharide capsule. These results could indicate towards an emergence of new serotypes of S. suis within the respective isolates. However, other isolates presented defective capsules or showed no capsule at all. This is potentially a result of mutations within the capsule locus, which could explain the failure to serotype these isolates. MLST proved that the non-typeable isolates do not form a clonal or related group, but rather occur dispersed within the S. suis population.

 

In order to obtain an overview of the current situation of antibiotic resistances, 518 of the S. suis isolates were investigated by broth microdilution for their susceptibility to different antimicrobials. The comparison of the results with data from older studies showed no significant changes in the resistance pattern of this pathogen in Germany. A majority of the isolates was resistant to Tetracyclin (82,2%) and Erythromycin (66,7%). Only few isolates showed resistance to β-lactam antibiotics i.e. Ampicillin (0,8%), Amoxicillin/Clavulansäure (0%), Penicillin G (1,7%) or Ceftiofur (1,2%), which are used for treating S. suis infections. However, carrier isolates had developed significantly more resistances to some specific antibiotics compared to invasive isolates. Similarly, the proportion of multiresistent isolates in carrier isolates was comparatively higher than in clinical isolates. Hence, this group of isolates entails a potential risk for the proliferation of antibiotic resistances in the S. suis population through a possible horizontal transfer of resistance genes. An ongoing, standardized monitoring of the development of resistances is indispensable due to the enormous significance of this pathogen in pig husbandry and its zoonotic potential.

keywords

Streptococcus suis, Verteilung von Serotypen (distribution of serotypes), Antibiotikaresistenz (antibiotic resistance)

kb

6.867