Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zum Vorkommen und zur Charakterisierung von Extended Spectrum β-Lactamase-bildenden Enterobacteriaceae auf Fleisch und Fleischprodukten

Schill, Franziska

Aufgrund der zunehmenden Bedeutung resistenter Bakterien in der Human- und Veterinärmedizin, wird die Verbreitung ESBL-bildender Enterobacteriaceae in der Lebensmittelkette seit Jahren intensiv erforscht. In diesem Zusammenhang liefern Studien zum Vorkommen dieser Bakterien auf Lebensmitteln tierischer Herkunft, insbesondere auf Fleisch und den daraus hergestellten Produkten, einen wichtigen Beitrag zum epidemiologischen Verständnis ESBL-bildender Enterobacteriaceae. Ziel dieser Arbeit war es, in drei unabhängigen Projekten das Vorkommen ESBL-bildender Enterobacteriaceae auf Schweinefleisch (Projekt 1), Roh- und Rohpökelware aus Schweinefleisch (Projekt 2), sowie Fleisch, Fleischzubereitungen und Fleischerzeugnissen verschiedener Tierarten (Projekt 3) zu untersuchen und die isolierten ESBL-Enterobacteriaceae phäno- und genotypisch näher zu charakterisieren. Darüber hinaus fand in allen drei Projekten eine Analyse der mikrobiologischen Hygieneparameter aeroben Gesamtkeimzahl, Enterobacteriaceae und E. coli statt. Im ersten Projekt konnten in 42,9 % (n = 63) der untersuchten Chargen Schweinefleisch ESBL-bildende Enterobacteriaceae nachgewiesen werden. Dabei waren die Ergebnisse der Hygieneuntersuchungen in allen Chargen zufriedenstellend. Kein Nachweis ESBL-produzierender Enterobacteriaceae konnte im zweiten Projekt auf Rohwurst und Rohpökelwaren aus Schweinefleisch erbracht werden (n = 35). Auch dort waren die Hygieneergebnisse ohne Beanstandung. Im dritten Projekt, welches die ESBL-Belastung von Fleisch, Fleischzubereitungen und Fleischerzeugnissen thematisierte, erfolgte die Auswertung der Ergebnisse, aufgrund der hohen Vielfalt verschiedener Produktarten, differenziert nach Produkttypen, einschließlich der Aufteilung in Rotfleisch und Geflügelfleisch. In diesen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Produkte aus Geflügelfleisch mit 49,5 % (n = 190) deutlich häufiger eine Belastung ESBL-bildender Enterobacteriaceae aufweisen als vergleichbare Produkte aus Rotfleisch (8,1 %; n = 332). Zwar erschwerte im dritten Projekt die hohe Varianz der Probenmatrizes die Auswertung der Hygieneuntersuchungen, es konnte jedoch gezeigt werden, dass ein Zusammenhang zwischen den untersuchten mikrobiologischen Hygieneparametern und ESBL-Befunden angenommen werden kann. Die Ergebnisse, der in dieser Arbeit dargestellten Projekte, konnten zeigen, dass eine Vielfalt unterschiedlicher Fleischprodukte verschiedener Tierarten ESBL-Bildner aufweisen kann. Diese Vielfalt wurde nachfolgend auch bei der Charakterisierung der im ersten (ESBL-bildende Enterobacteriaceae auf Schweinfleisch) und dritten Projekt (ESBL-bildende Enterobacteriaceae auf Fleisch, Fleischzubereitungen und Fleischerzeugnissen) identifizierten Isolate deutlich. Die 37 (Projekt 1) und 50 (Projekt 3) näher charakterisierten Isolate wurden zum Großteil als E. coli (48,7 %, bzw. 62,0 %) und S. fonticola (35,1 %, bzw. 30,0 %) bestätigt und wiesen eine hohe Diversität unterschiedlicher Phäno- und Genotypen auf. Zudem belegten die phänotypischen Untersuchungen, dass 86,5 % bzw. 62,0 % der untersuchten Isolate als multiresistent einzustufen waren. Die genotypischen Analysen zeigten, dass die Resistenzgen-Gruppe CTX-M-1 vorherrschte. So konnten im ersten Projekt 13 Isolate als CTX-M-1, im dritten Projekt 18 Isolate als CTX-M-1/61/138 und 5 Isolate als CTX-M-15 bestätigt werden. Sämtliche S. fonticola-Isolate wiesen ein chromosomal kodiertes FONA-Gen auf, welches aufgrund seiner chromosomalen Kodierung epidemiologisch nur eine untergeordnete Rolle spielt. Die Diversität der Isolate zeigte sich auch in den Ergebnissen Sequenztyp-Untersuchungen der E. coli-Isolate. So konnten im ersten Projekt 11 (61,1 %, n =18) verschiede Sequenztypen identifiziert werden, im dritten Projekt waren es 20 (64,5 %, n =50), davon 4 bislang unbekannte Typen (Stand Januar 2019). Bis auf die Sequenztypen 58 und 88, welche jeweils einmal in beiden Untersuchungen bestätigt wurden, gab es keine Überschneidungen der Sequenztypen in den beiden Projekten. Der weltweit endemische Sequenztyp 131, welcher vor allem durch den multiresistenten und hoch virulenten E. coli-Klon O25b-ST 131 bekannt wurde, konnte in keinem der charakterisierten Isolate verifiziert werden. Jeder der insgesamt 31 beschriebenen Typen wurde nach aktuellem Stand der EnteroBase-Datenbank der Warwick Universität bereits weltweit sowohl beim Menschen als auch bei Lebensmittel liefernden Tieren beschrieben. Die Diversität der charakterisierten Isolate, sowie die Vielfalt unterschiedlicher Fleischprodukte, auf denen in diesen Untersuchungen ESBL-Bildner nachgewiesen werden konnten, machen deutlich, dass die Quellen ESBL-bildender Enterobacteriaceae vielfältiger Art sein können. Es kann also davon ausgegangen werden, dass nicht nur Lebensmittel liefernde Tiere, sondern auch der Mensch und möglicherweise weitere Vektoren, wie zum Beispiel Wasser oder Pflanzen, als Eintragsquelle dieser Bakterien in die Lebensmittelkette fungieren können. Weitere Studien zum Vorkommen und der Verbreitung resistenter Enterobacteriaceae entlang der Lebensmittelkette sollten klären, welche Rolle diese möglichen Eintragsquellen spielen und welche Auswirkungen die Aufnahme ESBL-produzierender Enterobacteriaceae über belastete Lebensmittel für den Konsumenten hat. Eine Zusammenarbeit von Veterinärmedizin, Humanmedizin und Umweltwissenschaften sollte daher im Sinne des One-Health Gedanken weiter vorangetrieben werden.

Due to the increasing importance of resistant bacteria in human and veterinary medicine, the distribution of ESBL-forming Enterobacteriaceae in the food chain has been intensively researched. In this context, studies on the occurrence of these bacteria on foods of animal origin, in meat and derived products, contribute greatly to the epidemiological understanding of ESBL-forming Enterobacteriaceae. The aim of this study was to investigate in three independent projects the occurrence of ESBL-forming Enterobacteriaceae on pork meat (project 1), raw sausages and raw cured products (project 2), as well as meat, meat preparations and meat products of different animal species (project 3). Isolated ESBL Enterobacteriaceae were characterised phenotypically and genotypically. In addition, all three projects analysed the microbiological hygiene parameters, as well as the total bacterial count of Enterobacteriaceae and E. coli. In the first project, ESBL-forming Enterobacteriaceae were detected in 42.9 % (n = 63) of the investigated pork meat batches. The results of the hygiene tests were satisfactory in all batches. No evidence of ESBL-producing Enterobacteriaceae was found on raw sausage and raw cured pork products in the second project (n = 35) and the hygiene results were unremarkable. In the third project, concerning the ESBL contamination of meat, meat preparations and meat products, the results were differentiated according to product types, including the division into red meat and poultry meat because of the high diversity of different product types. In this project, it could be demonstrated that poultry meat showed a much higher (49.5 %; n = 190) load of ESBL-forming Enterobacteriaceae than red meat (8.1 %; n = 332). Despite the high variance in the samples in the third project, which complicated the evaluation, it could be shown that a correlation can be assumed between the investigated hygiene parameters and the ESBL-positively tested samples. The results of the three projects presented in this study were able to demonstrate that a variety of different meat products of different animal species can contain ESBL-formers. This diversity subsequently became evident in the characterisation of the isolates identified in the first (ESBL-forming Enterobacteriaceae on pork) and third (ESBL-forming Enterobacteriaceae on meat, meat preparations and meat products) projects. The 37 (project 1) and 50 (project 3) characterized isolates were confirmed as E. coli (48.7 % and 62.0 %, respectively) and S. fonticola (35.1 % and 30.0 %, respectively) and showed a high diversity of different phenotypes and genotypes. Furthermore, it could be shown that 86.5 % and 62.0 % of the tested isolates had to be classified as multi-drug resistant. The genotypic analyses demonstrated that the resistance gene group CTX-M 1 was predominant in both projects. In the first project, 13 isolates could be confirmed as CTX-M-1 and in the third project, 18 isolates as CTX-M-1/61/138 and five isolates as CTX-M-15. All S. fonticola isolates featured a chromosomally encoded FONA gene, which plays a subordinate epidemiological role. The diversity of the isolates was also shown in the results of sequence type investigations of the E. coli isolates. In the first project, 11 (61.1 %) different sequence types were identified, in the third project 20 (64.5 %), four of these being unknown types (January 2019). Except for the sequence types 58 (CC 155) and 88 (CC 23), which were both confirmed once in both studies, there was no overlap between the sequence types in the two projects. The highly pathogenic sequence type 131, which is endemic worldwide, was not verified in any of the described isolates. According to the current status of the EnteroBase database, each of the 31 types has already been described in humans and in food-producing animals worldwide. The diversity of characterised isolates, as well as the diversity of different meat products on which ESBL formers could be detected in our investigations, indicate that the sources of ESBL-forming Enterobacteriaceae can be of various kinds. It can therefore be assumed that not only food-producing animals but also humans and possibly other vectors, such as water or plants, can act as entry sources for these bacteria into the food chain. Further studies on the occurrence and distribution of resistant Enterobacteriaceae along the food chain should clarify the role of these potential sources and the effects on consumers when ingesting ESBL-producing Enterobacteriaceae via contaminated foods. A cooperation between veterinary medicine, human medicine and environmental sciences should therefore be encouraged in the spirit of the One Health concept.

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Schill, Franziska: Untersuchungen zum Vorkommen und zur Charakterisierung von Extended Spectrum β-Lactamase-bildenden Enterobacteriaceae auf Fleisch und Fleischprodukten. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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