Dissertation

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

 

Gesine Scherz

 

Verschleppung subtherapeutischer antibakterieller Konzentrationen von Enrofloxacin und ihr Einfluss auf die Resistenzentwicklung kommensaler Escherichia coli im Darm beim Huhn

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103475

title (engl.)

Carryover of subtherapeutic antimicrobial dosages of enrofloxacin and the influence on the development of antibiotic resistance of commensal Escherichia coli in the intestine of poultry

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/scherzg_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Ziel der vorliegenden Dissertation war es, mithilfe von Verschleppungsszenarien, in vivo den Einfluss subtherapeutischer Konzentrationen von Fluorchinolonen am Modell von Enrofloxacin auf kommensale E. coli im Darm von Geflügel im Hinblick auf Resistenzentwicklungen zu prüfen. Dazu wurden sowohl die Behandlung mit therapeutischer Dosierung durchgeführt als auch Verschleppungsszenarien an einzelnen Hühnergruppen simuliert.

Es konnte gezeigt werden, dass Enrofloxacin und sein aktiver Metabolit Ciprofloxacin während einer therapeutischen Dosierung von 10 mg/kg KG von Hühnern bei einer Behandlungsdauer von fünf Tagen in Sedimentationsstäuben und Bioaerosolen detektierbar waren. Auch bei der Simulation von Verschleppungsszenarien und der damit einhergehenden Applikation subtherapeutischer Dosierungen über das Futter, konnte eine Verteilung der Analyten in der Umgebung nachgewiesen werden.

Um den Einfluss subtherapeutischer Dosierungen auf die kommensale Darmflora zu überprüfen, wurden weitere vier Tiergruppen (n=10) in die Studie einbezogen. Eine diente als Kontrollgruppe, eine weitere erhielt die therapeutische Behandlung mit Enrofloxacin über fünf Tage über Tränkwasser und die beiden anderen dienten zur Simulation zweier Verschleppungsszenarien. Dazu wurde zwei Gruppen täglich 3 % beziehungsweise 10 % der therapeutischen Dosierung über das Tränkwasser während einer Behandlungsdauer von 21 Tagen appliziert. Um den Effekt einer therapeutischen Behandlung auf eine vorbelastete Darmflora zu evaluieren, folgte auf diese Vorbehandlung jeweils eine fünftägige therapeutische Behandlung. Die Resistenzentwicklung wurde anhand der Bestimmung der minimalen Hemmkonzentrationen (MHK) von jeweils 10 E. coli-Isolaten pro Tier von insgesamt sechs Hühnern pro Gruppe kontrolliert. Interpretationskriterien waren dabei der epidemiologische Cut-Off (≤ 0,125 µg/ml), ab dessen Überschreitung Resistenzentwicklungen detektiert werden konnten und der klinische Breakpoint (≥ 2,0 µg/ml), wonach die Resistenzträger unter standardisierten Bedingungen als nicht mehr behandelbar galten.

Unter der therapeutischen Behandlung entstanden Low-Level-Resistenzen, das heißt, es handelte sich bei den Isolaten nicht mehr um sensible Wildtypen, sondern es erfolgte eine Resistenzentwicklung unter dem klinischen Breakpoint.

Die Gruppe, die die 3%ige Verschleppungsdosis erhielt, verhielt sich ähnlich. Nach Abschluss der im Anschluss erfolgenden therapeutischen Behandlung blieben die Low-Level-Resistenzen bestehen.

Nach Simulation einer 10%igen Verschleppung, konnten Low-Level-Resistenzen neben High-Level-Resistenzen mit MHKs ≥ 32 µg/ml detektiert werden. Letztere wurden während der therapeutischen Behandlung heraus selektiert, sodass nur noch diese nachgewiesen werden konnten. Nach einer Wartezeit von 20 Wochen war nur noch eine geringe Anzahl resistenter Isolate detektierbar, die Mehrheit der getesteten Isolate bildeten sensible E. coli mit MHKs unter dem epidemiologischen Cut-Off.

Mit jeder Form der Exposition von E. coli werden somit Enrofloxacin-Resistenzen im Low-Level-Bereich erzeugt. High-Level-Resistenzen erscheinen lediglich nach Aufnahme hoher Verschleppungskonzentrationen. Diese Low-Level-Resistenzen bleiben während einer Kurzmastperiode von Mastgeflügel mit einer durchschnittlichen Dauer von 29 – 31 Tagen bestehen.

 

abstract (englisch)

The aim of this study was to determine the influence of carryover of fluoroquinolones on the development of bacterial resistance of commensal E .coli in the intestinal flora of poultry. Therefore different schedules of contamination of the environment in comparison to a therapeutic treatment of poultry with enrofloxacin as test substance were simulated to ascertain changes in the sensitivity of E. coli.

Under the therapeutic treatment (10 mg/kg) of 12 animals over five days enrofloxacin and its active metabolite ciprofloxacin could be detected in sedimentation dust and aerosols. While subtherapeutic dosages were applicated via food to simulate the carryover of enrofloxacin, distribution of the analytes could be measured in the direct environment of the animals.

To determine the influence of carryover on the commensal flora of poultry, four different treatment groups (n=10) were provided. The first one acted as untreated control, the second one received the recommended dosage (10 mg/kg) over five days. The third and the fourth group were treated with subtherapeutic dosages of 3% (first group) and 10% (second group) over 21 days followed by the recommended dosage over five days to detect the effect of the recommended dosage on a preexposed flora.

To follow the development of antibacterial resistance the minimal inhibitory concentrations (MICs) of 10 E. coli-isolates were respectively determined per animal of totally six animals per group. Critical parameter for interpretation were the epidemiological cut-off (≤ 0.125 µg/ml) and the clinical breakpoint (≥ 2.0 µg/ml). The exceeding of the epidemiological cut-off characterizes antibacterial resistance, the exceeding of the clinical breakpoints defines clinical resistance, means the carrier of antimicrobial resistant bacteria can not be treated under standardized conditions with chances of success.

Chicken treated with the recommended dosage developed low-level-fluoroquinolone resistances with MICs in the range between the epidemiological cut-off and the clinical breakpoints. These isolates are categorized as non-wildtypes.

The group, which received 3% of the recommended dosage conducted similarly. After the successional therapeutic treatment low-level-resistances remained.

Under the treatment with 10% of the recommended dosage the isolated E. coli developed low-level- and high-level-resistances with MICs ≥ 32 µg/ml. The successional therapeutic treatment preselected the high-level resistances. After a withdrawal time of 20 weeks high-level-resistance could still be detected, but wildtype-isolates (MIC ≤ 0.125 µg/ml) without any resistance properties represented the majority.

The results demonstrate that each of the dosages given in the context of this study causes low-level-resistance. High-level-resistance occured after the uptake of the high amounts of 10%. It has to be investigated whether carryover levels of that size occur in commercial fattening farms. It is certain that low-level-resistances remain till the end of the short fattening periods of broilers, which last 29 – 31 days.

 

keywords

Fluorchinolon-Resistenz, Escherichia coli, Enrofloxacin; fluoroquinolone resistance, Escherichia coli, enrofloxacin

kb

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