Übergreifende Datenanalysen zum Vorkommen von ... · Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung Übergreifende Datenanalysen

Tierärztliche Hochschule Hannover

Institut für Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung

Übergreifende Datenanalysen zum Vorkommen von Zoonoseerregern

bei Tieren, Lebensmitteln und Menschen

unter Einbeziehung von epidemiologischen Faktoren

sowie phäno- und genotypischen Isolateigenschaften

INAUGURAL – DISSERTATION

zur Erlangung des Grades einer Doktorin

der Naturwissenschaften

- Doctor rerum naturalium -

( Dr. rer.nat. )

vorgelegt von

Katja Hille

aus Köthen

Hannover 2017

ii Dissertation Katja Hille (Version: 25. Mai 2017)

Wissenschaftliche Betreuung:: Prof. Dr. L. Kreienbrock,

1. Gutachter: Prof. Dr. L. Kreienbrock

Institut für Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung

Prof. Dr. Thomas Blaha

Außenstelle für Epidemiologie (Bakum)

Tierärztliche Hochschule Hannover

2. Gutachter: Prof. Dr. Uwe Rösler

Institut für Tier- und Umwelthygiene, Fachbereich Veterinärmedizin,

Freie Universität Berlin

Tag der mündlichen Prüfung: 24. Mai 2017

Meiner Oma Elly Schuster

"Nach dem Philosophen Ly Schwatzmaul findet man

immer dort besonders viel Chaos, wo man nach

Ordnung sucht. Das Chaos besiegt die Ordnung,

weil es besser organisiert ist." –

Terry Pratchett, Echt zauberhaft

Deutsch von Andreas Brandhorst.

Inhaltsverzeichnis v

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ................................................................................................................... v

Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................................ vii

Einleitung .................................................................................................................. 1 1

1.1 Methoden der übergreifenden Beurteilung von Studienergebnissen ........................ 2

1.2 Möglichkeiten der Charakterisierung von Isolaten ................................................... 4

1.3 Aufbau der Arbeit...................................................................................................... 5

Publikationen ............................................................................................................ 9 2

2.1 Publikation I .............................................................................................................. 9

2.2 Publikation II ........................................................................................................... 19

Übergreifende Diskussion ...................................................................................... 21 3

3.1 Prävalenzen ESBL-produzierender E. coli in menschlichen und tierischen

Populationen ............................................................................................................ 21

3.2 Vorkommen bestimmter Isolateigenschaften .......................................................... 25

3.2.1 Phylogruppen .......................................................................................................... 25

3.2.2 Sequenztypen .......................................................................................................... 26

3.2.3 Phänotypische Resistenzen ..................................................................................... 27

3.2.4 ESBL-Gene ............................................................................................................. 28

3.2.5 Plasmidtypen ........................................................................................................... 31

3.2.6 Bedeutung der Isolateigenschaften.......................................................................... 32

3.3 Diskussion der Relevanz verschiedener Transmissionswege ................................. 32

3.3.1 Direkte Übertragung zwischen Menschen und Nutztieren ..................................... 34

3.3.2 Indirekte Übertragung zwischen Menschen und Nutztieren über Lebensmittel ..... 35

3.3.3 Weitere Quellen für ESBL-produzierende Enterobacteriaceae ............................. 36

3.4 Definition relevanter Informationen für populationsübergreifende Analysen ........ 39

3.4.1 Erfassung phäno- und genotypischer Isolateigenschaften ...................................... 39

3.4.2 Epidemiologische Information zur Transmission ................................................... 40

3.4.3 Beschreibung der Erfassungstabelle zur strukturierten Extraktion von Daten aus

publizierten Studien................................................................................................. 42

3.5 Fazit und abschließende Bemerkungen ................................................................... 46

Zusammenfassung .................................................................................................. 49 4

Summary ................................................................................................................. 51 1

vi Dissertation Katja Hille (Version: 25. Mai 2017)

Literaturverzeichnis ............................................................................................... 53 2

Anhang .................................................................................................................................. 65

A.1 Sequenztypen .......................................................................................................... 65

A.2 Beschreibung der Felder zur Extraktion von Daten aus publizierten Studien ........ 68

A.2.1 Verwendete Auswahllisten ..................................................................................... 71

A.2.2 Mehrfachauswahl in MS Excel ............................................................................... 76

Danksagung........................................................................................................................... 78

Inhaltsverzeichnis vii

Abkürzungsverzeichnis

BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung

CAZ Ceftazidim

CLSI Clinical and Laboratory Standards Institute

CTX Cefotaxim

E. coli Escherichia coli

EbVM Evidenz basierte Veterinärmedizin

ECDC European Centre for Disease Prevention and Control

EFSA European Food Safety Authority

EMA European Medicines Agency

ESBL Extended-Spektrum beta-Laktamase

EUCAST European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing

MHK Minimale Hemmkonzentration

MLST Multilocus sequence typing

MRSA Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus

pAmpCs plasmidkodierte Cephamycinasen

PFGE Puls-Feld-Gelelektrophorese

RESET ESBL und (Fluoro)Quinolon-RESistenz in EnTerobacteriaceae

RCVS Royal College of Veterinary Surgeons

WHO World Health Organisation

WGS Whole Genome Sequencing

1 Einleitung 1

Einleitung 1

Das Spektrum der Erreger, die zwischen Mensch und Tier übertragbar sind, den sogenann-

ten zoonotischen Erregern, umfasst sehr unterschiedliche Organismen einschließlich Viren,

Bakterien und Parasiten. Innerhalb dieses Spektrums haben in den letzten 20 Jahren antibio-

tikaresistente Bakterien eine besondere Relevanz für die menschliche Gesundheit erlangt.

Bereits Alexander Fleming warnte vor der Selektion Penicillin-resistenter Bakterien durch

den Einsatz von Antibiotika. Das Bulletin der Weltgesundheitsorganisation (WHO) berich-

tete schon 1963 vom Risiko der Resistenzentstehung (Manten, 1963).

Seit einigen Jahren ist das Thema antimikrobieller Resistenzen auch Gegenstand der öffent-

lichen und politischen Diskussion. Im Januar 2015 wurde der erste gemeinsame Bericht des

"European Centre for Disease Prevention and Control" (ECDC), der "European Food Safety

Authority" (EFSA) und der "European Medicines Agency" (EMA) zum Verbrauch von an-

timikrobiellen Substanzen und dem Auftreten von Antibiotikaresistenzen in Bakterien von

Tieren und Menschen veröffentlicht (ECDC/EFSA/EMA, 2015). Die darin durchgeführten

Analysen bestätigen den generellen Zusammenhang zwischen dem Antibiotikaeinsatz und

dem Auftreten von antimikrobiellen Resistenzen (ECDC/EFSA/EMA, 2015). Zudem wird

in dem Bericht darauf hingewiesen, dass die Datenlage für eine fundierte Abschätzung des

Risikos für den Einfluss von Resistenzen in der Tierproduktion auf die menschliche Ge-

sundheit weiterhin unzureichend ist.

Die Förderung weiterer Forschung zur Verbreitung von Resistenzen und möglichen Trans-

missionswegen ist auch wesentlicher Bestandteil der "Deutschen Antibiotika-

Resistenzstrategie" (DART 2020, Die Bundesregierung, 2011, 2015) und des "Global Ac-

tion Plan on Antimicrobial Resistance" der "World Health Organisation" (WHO, 2015). Im

Zuge dieser Initiativen wurde im Jahr 2010 der interdisziplinäre Forschungsverbund

RESET, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), ge-

gründet.

Im Rahmen dieses Forschungsverbundes werden Erkenntnisse zur Epidemiologie, Moleku-

largenetik und Pharmakologie resistenter Bakterien gewonnen, die in ein Konzept zur Risi-

kobewertung einfließen sollen (www.reset-verbund.de). Dabei konzentrieren sich die Akti-

vitäten des Verbundes auf Escherichia (E.) coli, die Extended-Spektrum beta-Laktamasen

(ESBLs) und plasmidkodierte Cephamycinasen (pAmpCs) produzieren. Bei E. coli handelt

es sich sowohl um einen Erreger von Zoonosen als auch um einen Vertreter der Entereobac-

teriaceae, der weltweit als ein Indikator für das Auftreten von antimikrobiellen Resistenzen

http://www.reset-verbund.de/

2 Dissertation Katja Hille (Version: 25. Mai 2017)

angesehen wird. Bakterien, die ESBL/AmpC-Gene besitzen, können Penicilline mit erwei-

tertem Wirkspektrum bis hin zu Cephalosporinen der dritten und vierten Generation und

Monobactame hydrolysieren und sind dadurch gegen diese Antibiotika resistent. Zu Beginn

des 21. Jahrhunderts nahm der Einsatz von Cephalosporinen der dritten und vierten Genera-

tion in der Tierproduktion zu und damit auch das Auftreten von entsprechenden Resistenzen

(ECDC, 2011). Bereits Aarestrup et al. (2008) und andere Experten wiesen auf potentielle

Risiken Cephalosporin-resistenter Bakterien sowohl für die menschliche, als auch für die

tierische Gesundheit hin.

Die derzeit zum Thema publizierten Untersuchungen können - aus epidemiologischer

Sicht - in zwei Arten von Studien unterschieden werden. Beobachtungsstudien, die eine

definierte Studienpopulation, also eine bestimmte Anzahl von Betrieben oder Tieren, unter-

suchen, stellen eine erste Gruppe von Untersuchungen dar. Aus den Ergebnissen derartiger

Studien kann in Abhängigkeit vom Studiendesign in der Regel eine Prävalenz zum Vor-

kommen resistenter Bakterien abgeleitet werden. Dies gilt z. B. bei Querschnittsstudien oder

Surveys, bei denen die Untersuchungspopulation zufällig aus einer interessierenden Zielpo-

pulation entnommen wird. Eine zweite Gruppe von Untersuchungen bilden Studien, die

einen (beliebigen) Pool von Isolaten analysieren. Dabei kann häufig nicht angegeben wer-

den, wie viele Tiere oder Betriebe ursprünglich beprobt wurden und nach welchen Kriterien

diese Probenentnahme stattgefunden hat. Beispiele hierfür sind Untersuchungen von Samm-

lungen klinischer Isolate oder Einsendungen an Labore, bei denen durch die Art der Akqui-

se der Isolate die zu Grunde liegende Gesamtheit nicht charakterisiert werden kann. Daher

sind auf Grundlagen dieser Untersuchungen Angaben von Prävalenzen meist nicht möglich.

Sie können jedoch wichtige Ergebnisse zu spezifischen Eigenschaften der ausgewählten

Isolate liefern.

1.1 Methoden der übergreifenden Beurteilung von Studienergebnissen

Jedes Jahr gibt es eine große Zahl neuer wissenschaftlicher Veröffentlichungen zum Thema

ESBL-produzierende Enterobacteriaceae. Um einen Überblick zum Kenntnisstand zu ei-

nem Themenbereich bzw. einer Fragestellung zu bekommen, ist es sinnvoll, die Ergebnisse

publizierter Studien zusammenzufassen. Solche Zusammenfassungen des vorhandenen Wis-

sens bilden auch ein Grundprinzip der Evidenz basierten (Veterinär-) Medizin (Eb(V)M;

Cockcroft und Holmes, 2008). In der Humanmedizin ist das Konzept der Evidenz basierten

Medizin seit Ende des 20. Jahrhunderts etabliert (Shah und Chung, 2009).

1 Einleitung 3

Dort werden in erster Linie die Ergebnisse von relativ gut standardisierten klinischen- bzw.

Interventionsstudien zusammengefasst. Bei veterinärepidemiologischen Untersuchungen

handelt es sich bislang jedoch meist um weniger standardisierte Beobachtungsstudien, deren

Heterogenität in den Studiendesigns und der Art und Weise der Ergebnispräsentation, eine

Zusammenfassung der Ergebnisse erschweren. Daher hat die EbM lange keinen Eingang in

die Veterinärmedizin gefunden. Dies hat sich in den letzten Jahren, unter anderem durch

Aktivitäten des "Royal College of Veterinary Surgeons (RCVS) Knowledge"

(http://knowledge.rcvs.org.uk/home/), jedoch geändert. Zur Zusammenfassung von Studien-

ergebnissen im Sinne der Eb(V)M stehen im Wesentlichen vier Methoden zur Verfügung:

narrative Revies, systematisches Reviews, Metaanalysen und gepoolte Analysen.

Das narrative Review gibt einen ersten Überblick über vorhandene wissenschaftliche Er-

gebnisse. Es werden die Ergebnisse publizierter Studien beschrieben und diskutiert. Die

Auswahl der eingeschlossenen Studien erfolgt nach deren Verfügbarkeit und der persönli-

chen Beurteilung des Autors des Reviews. Dem narrativen Review muss keine systemati-

sche Such- und Auswahlstrategie zugrunde liegen. Diese (subjektive) Auswahl von Studien

kann daher zu einer verzerrten Darstellung von Ergebnissen, einem Selektionsbias führen

(Green et al., 2006).

Wenn es etwa um die klinische Entscheidungsfindung zur Behandlung von Patienten geht,

wird daher die Erstellung eines systematischen Reviews empfohlen. Ziel eines systemati-

schen Reviews ist es, alle zu einer Fragestellung verfügbaren Ergebnisse zusammenzufassen

(Waters et al., 2003). Hierzu wird zuerst eine genaue Fragestellung definiert und eine Such-

strategie entwickelt, die alle für die Fragestellung relevanten Begriffe umfasst. Die Suche

soll möglichst mehrere Literaturdatenbanken sowie weitere Quellen, z. B. Studienregister,

einbeziehen, um alle relevanten Studien zu identifizieren. Anschließend erfolgt die Auswahl

der Studien anhand definierter Ein- und Ausschlusskriterien. Um ein möglichst objektives

Vorgehen zu gewährleisten, sollte diese Auswahl unabhängig von mindestens zwei Perso-

nen oder Gruppen durchgeführt werden. Sämtliche recherchierten Ergebnisse werden dann

gemeinsam beurteilt.

Wenn nach der Auswahl der Studien innerhalb eines systematischen Reviews konkrete Da-

ten bzw. Ergebnisse in einem gleichen Format extrahiert werden können, ist dies eine Vo-

raussetzung für die quantitative Zusammenfassung von Ergebnisse im Rahmen einer soge-

nannten Metaanalyse. Dazu müssen jedoch bestimmte Kriterien, die Heterogenität der ur-

sprünglichen Studien und Daten betreffend, erfüllt sein (Higgins et al., 2011).

http://knowledge.rcvs.org.uk/home/


Die große Heterogenität bei der Durchführung, Datenerfassung und Analyse von Beobach-

tungsstudien erschwert häufig die übergreifende Beurteilung von Untersuchungen.

Eine weitere Möglichkeit der übergreifenden Auswertung von Studienergebnissen stellt die

gepoolte Analyse dar (Friedenreich, 1993). Dabei werden die Rohdaten vorangegangener

Studien genutzt, um auf der Ebene individueller Datensätze einen neuen, kombinierten Da-

tensatz zu erhalten. Da gepoolte Analysen nur bei Studien mit harmonisiertem Studiende-

sign durchgeführt werden können, findet diese Methode, insbesondere in der Veterinärepi-

demiologie, nur selten Anwendung.

1.2 Möglichkeiten der Charakterisierung von Isolaten

Ein wesentliches Ziel der populationsübergreifenden Betrachtung von Studien zu ESBL-

produzierenden Enterobacteriaceae ist neben der Beschreibung von Prävalenzen auch die

Aufklärung von Transmissionswegen zwischen Menschen und Tieren. Um diese Transmis-

sionswege zu untersuchen, ist die Kenntnis der spezifischen Isolateigenschaften erforder-

lich. Für den Vergleich von ESBL-produzierenden Isolaten aus unterschiedlichen Populati-

onen, können verschiedene Isolateigenschaften herangezogen werden. Dabei können Eigen-

schaften, die den Bakterienstamm charakterisieren, zur Untersuchung des vertikalen Trans-

fers genutzt werden. Die gleichzeitige Charakterisierung von mobilen genetischen Elemen-

ten kann dagegen Hinweise auf einen horizontalen Transfer von Resistenzen liefern.

Traditionell werden die phänotypischen Resistenzmuster der Isolate betrachtet. Dabei gibt

es zwischen einzelnen Studien jedoch zahlreiche Unterschiede, z. B. bei den verwendeten

Antibiotika, der Art der Testung (z. B. MHK, "disk diffusion"), den verwendeten Richtli-

nien zur Interpretation der Ergebnisse (z. B. EUCAST, CLSI) und der Analyse der Ergeb-

nisse (Ruddat et al., 2014). Hinzu kommt, dass phänotypische Resistenzen sowohl chromo-

somal als auch auf mobilen genetischen Elementen codiert sein können und somit entweder

nur vertikal oder zusätzlich auch horizontal übertragen werden können.

Zur Untersuchung der vertikalen Übertragung von Bakterienstämmen sind mehrere Isola-

teigenschaften geeignet, unter anderem die Phylogruppe, der Sequenztyp oder das Profil

nach Puls-Feld-Gelelektrophorese (PFGE). Anhand von phylogenetischen Analysen werden

E. coli Stämme in die vier Hauptgruppen Phylogruppe A, B1, B2 und D unterteilt (Clermont

et al., 2000). Damit ermöglicht diese Eigenschaft nur eine sehr grobe Einteilung. Bei der

Methode des "Multilocus Sequence Typing" (MLST) werden Fragmente von sieben

"House-keeping" Genen (mittlerweile zum Teil auch wesentlich mehr, z. B. mittels

1 Einleitung 5

core genome MLST), die in allen Stämmen vorkommen, sequenziert. Anhand des Allelpro-

fils kann man dann Sequenztypen (STs) zuordnen (Urwin und Maiden, 2003). Die Sequenz-

typen werden chronologisch nach ihrer Beschreibung nummeriert. Bisher wurden über

7.000 Sequenztypen beschrieben (The University of Warwick Medical School, 2017). Eine

noch genauere Methode zur Unterscheidung von E. coli Stämmen ist die Puls-Feld-

Gelelektrophorese (PFGE). Da die Ergebnisse dieser Methode jedoch von vielen Faktoren

abhängen und damit nur schwer zwischen Laboren vergleichbar sind, wird die PFGE eher

für Ausbruchsuntersuchungen eingesetzt.

Mobile Resistenzdeterminanten, meist Plasmide, können ESBL-Gene tragen und zwi-

schen Bakterienstämmen der gleichen oder unterschiedlicher Spezies ausgetauscht werden.

Diese horizontale Übertragung kann, z. B. durch die Sequenzierung und genaue Bestim-

mung von ESBL-Genen untersucht werden. Die verbreitetsten beta-Laktamase-Gene in Eu-

ropa sind die Typen CTX-M, TEM und SHV. Im Gegensatz zur Phylogruppe und dem Se-

quenztyp kann ein Bakterium auch mehrere ESBL-Gene auf einem oder mehreren Plasmi-

den besitzen. Zur weiteren Charakterisierung von Plasmiden, die Resistenzgene tragen,

können Plasmidgröße und Plasmidtyp bestimmt oder auch das ganze Plasmid sequenziert

werden.

Zum Vergleich von Isolaten steht auch die Ganzgenomsequenzierung ("Whole Genome

Sequencing", WGS) zur Verfügung. Je nach Fragestellung können bestimmte Gene oder

Genabschnitte miteinander verglichen werden oder es werden Nukleotidaustausche im ge-

meinsamen "Core-Genom" verschiedener Stämme gezählt. Prinzipiell können Genomanaly-

sen auch genutzt werden, um die oben genannten Isolateigenschaften zu bestimmen. An-

ders, als beispielsweise bei phänotypischen Untersuchungen, können bei der Genomanalyse

jedoch meist nur DNA-Abschnitte, z. B. Gene, identifiziert werden, die zuvor bereits be-

schrieben wurden. Da es sich bei diesen Analyseverfahren um relativ neue, teilweise auf-

wändige und bis heute wenig standardisierte Methoden mit unterschiedlichen Fehlerwahr-

scheinlichkeiten handelt, ist eine Zusammenfassung dieser Ergebnisse über verschiedene

Untersuchungen meist nur dann möglich, wenn die verwendeten Analyseprotokolle im Vor-

hinein harmonisiert wurden.

1.3 Aufbau der Arbeit

Die hier vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Forschungsverbundes RESET durchge-

führt. Im ersten Teil der Arbeit sollte ein Überblick über das Vorkommen (die Prävalenz


und die Eigenschaften) ESBL-produzierender E. coli in unterschiedlichen Nutztierpopulati-

onen durch ein Review publizierter Studien gewonnen werden (Abschnitt 2, Publikation I).

Dafür wurde die Durchführung eines systematischen Reviews angestrebt. Alle Schritte eines

systematischen Reviews bis einschließlich der Auswahl von Studien, welche die Ein- und

Ausschlusskriterien erfüllen, wurden durchgeführt. Aufgrund der Heterogenität der Studien

konzentriert sich Publikation I (Abschnitt 2) auf Studien mit möglichst vergleichbarem De-

sign. Publizierte Ergebnisse zur Prävalenz auf Betriebs- und Einzeltierebene werden in Pub-

likation I in Form eines narrativen Reviews zusammengefasst. Da sich die Haltungsbedin-

gungen von Nutztieren, der Antibiotikaeinsatz, aber auch die Verteilung bestimmter Bakte-

rienstämme regional stark unterscheiden, wurden nur Studien aus Europa in das Review

eingeschlossen.

Um Maßnahmen gegen die Verbreitung und den Transfer ESBL-produzierender Enterobak-

teriaceae zu entwickeln, ist neben der Kenntnis des Vorkommens, also der Prävalenz dieser

Bakterien, auch die Analyse potentieller Risikofaktoren wichtig. Im Rahmen des For-

schungsverbundes RESET wurden zwei Querschnittsstudien bei Rindern, in jeweils unter-

schiedlichen Regionen, durchgeführt. Das Studiendesign beider Studien wurde vorab har-

monisiert, was eine gepoolte Analyse der Rohdaten beider Studien zum Vorkommen ESBL-

produzierender E. coli und potentiellen Risikofaktoren ermöglichte. Die Ergebnisse dieser

gepoolten Analyse sind Gegenstand von Publikation II (Abschnitt 2).

Im ersten Teil der übergreifenden Diskussion (Abschnitt 3.1) wird noch einmal auf die Prä-

valenzen ESBL-produzierender E. coli in menschlichen und tierischen Populationen einge-

gangen. Die Heterogenität der publizierten Studien erschwert eine Zusammenfassung der

Ergebnisse zu Isolateigenschaften. Daher sind diese Eigenschaften nicht Gegenstand von

Publikation I und II. Dennoch liefern Untersuchungen zu Isolateigenschaften einen wichti-

gen Beitrag zum Verständnis zum vertikalen und horizontalen Transfer von Resistenzde-

terminanten. Daher wird das Vorkommen bestimmter Isolateigenschaften in menschlichen

und tierischen Populationen in Abschnitt 3.2 kurz dargestellt. Die daraus resultierenden

Rückschlüsse zur Relevanz verschiedener Transmissionswege werden in Abschnitt 3.3 dis-

kutiert.

Die Erfahrungen aus den Arbeiten an Publikation I haben zur Entwicklung einer strukturier-

ten Erfassungstabelle geführt, welche die Beurteilung und Zusammenfassung von Studien-

ergebnissen (Prävalenzen und Isolateigenschaften) erleichtern soll. Dazu mussten zuerst

relevante Informationen für populationsübergreifende Analysen definiert werden

1 Einleitung 7

(Abschnitt 3.4). Die Erfassung von phäno- und genotypischen Isolateigenschaften wird in

Abschnitt 3.4.1 diskutiert. Rückschlüsse auf Transmissionswege können jedoch nicht nur

auf Grundlage dieser Eigenschaften gezogen werden. Gleiche Isolateigenschaften allein

lassen grundsätzlich keine eindeutigen Rückschlüsse auf Transferwege zu. Deshalb, müssen

zusätzlich auch epidemiologische Informationen gesammelt werden (Abschnitt 3.4.2). In

Abschnitt 3.4.3 wird die hierfür entwickelte Erfassungstabelle zur strukturierten Extraktion,

der in den vorhergehenden Abschnitten diskutierten Informationen, genauer beschrieben.

Den Abschluss der Arbeit bilden ein Fazit und eine Zusammenfassung über die gewonnenen

Erkenntnisse.

2 Publikationen 9

Publikationen 2

2.1 Publikation I

Zum Vorkommen von Extended-Spektrum- und AmpC-Beta-Laktamase-

produzierenden Escherichia coli in Nutztierbeständen:

Ergebnisse ausgewählter europäischer Studien

Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 127, Heft 9/10 (2014), Seiten 403-411


2 Publikationen 11


2 Publikationen 13


2 Publikationen 15


2 Publikationen 17


2 Publikationen 19

2.2 Publikation II

Cefotaxime-resistant E. coli in dairy and beef cattle farms – Joint analyses of two

cross-sectional investigations in Germany

Preventive Veterinary Medicine 142 (2017), Seiten 39-45

doi.org/10.1016/j.prevetmed.2017.05.003

Katja Hillea, Inga Ruddat

a, Annette Schmid

b,c, Johanna Hering

a, Maria Hartmann

a,

Christiane von Münchhausena, Bettina Schneider

a, Ute Messelhäusser

b, Anika Friese

d, Rolf

Mansfeldc, Annemarie Käsbohrer

e, Stefan Hörmansdorfer

b, Roesler U

e, Lothar Kreienbrock

a

a Department of Biometry, Epidemiology and Information Processing, WHO-CC for Re-

search and Training for Health at the Human-Animal-Environment Interface, University

of Veterinary Medicine Hannover, Germany

b Bavarian Health and Food Safety Authority, Oberschleissheim, Germany

c Clinic for Ruminants, LMU Munich, Oberschleissheim, Germany

d Institute for Animal Hygiene and Environmental Health, Freie Universität Berlin,

Germany

e Federal Institute for Risk Assessment, Department Biological Safety, Berlin, Germany

Abstract

Resistance to third-generation cephalosporins and other beta-lactam antibiotics is of major

concern for animal and human health. Knowledge of the prevalence of resistant bacteria in

primary production is an important element to estimate transmission along the following

stages in the food production chain and the exposure of the human population. The primary

objective of this study was to determine the prevalence of cefotaxime-resistant commensal

E. coli in dairy and beef cattle production units throughout Germany. Secondarily, the asso-

ciation between management factors and the presence of cefotaxime resistance was investi-

gated.

In total, 60 beef cattle and 52 dairy cattle production units all over Germany were included.

Cefotaxime-resistant E. coli were isolated from at least one sample in 70%

(95% CI: 58-83%) of the farms keeping beef cattle and 85% (95% CI: 75-94%) of the farms

keeping dairy cattle. The sample prevalence was 35% (161/455; 95% CI: 31-40%) and 48%


(156/323; 95% CI: 43-54%), respectively. Most factors associated with resistance to cefo-

taxime indicate that less intensive production results in a lower number of positive samples.

For beef cattle, antimicrobial treatment of the whole animal group was significantly associ-

ated with an increased proportion of samples containing cefotaxime resistant E. coli. In ad-

dition, our results indicate that better hygiene management could improve the resistance

situation on cattle farms.

3 Übergreifende Diskussion 21

Übergreifende Diskussion 3

3.1 Prävalenzen ESBL-produzierender E. coli in menschlichen und

tierischen Populationen

Die Prävalenzen von ESBL-produzierenden E. coli aus verschiedenen Studien sind in Pub-

likation I zusammengefasst. Da sich sowohl die Haltungsbedingungen und der Antibiotika-

einsatz als auch die Isolateigenschaften regional sehr unterscheiden, konzentrierte sich die

Recherche auf europäische Studien, um somit eine gewisse Grundhomogenität der betrach-

teten Nutztierpopulationen sicherzustellen. In Tabelle 1 und 2 sind die Daten aus Publikati-

on I zu Studien an Rinderpopulationen aktualisiert und um die Methodik der Isolation er-

weitert (Stand: 10. Januar 2017).

Trotz der Einschränkung auf Studien in Europa zeigen diese Darstellungen eine große Hete-

rogenität der publizierten Untersuchungen. Dies betrifft, unabhängig von den unterschiedli-

chen Populationen, sowohl das Studiendesign und die labordiagnostischen Methoden als

auch die Art und die Darstellung der Ergebnisse. Hier zeigt sich somit eine wenig harmoni-

sierte Vorgehensweise, so dass gefordert werden kann, die Informationen zum Studiende-

sign und den Ergebnissen von Studien zu ESBL-produzierenden E. coli einheitlicher zu er-

fassen. Hierauf wird in Abschnitt 3.4 noch genauer eingegangen.

Grundsätzlich sind Studien an verschiedenen Tierarten aufgrund der unterschiedlichen Hal-

tungsbedingungen nur schlecht miteinander vergleichbar. Bei den im Rahmen des RESET

Verbundes durchgeführten Querschnittsstudien wurden daher im Vorfeld das Studiendesign

und die Laborprotokolle harmonisiert. Dadurch können grundsätzliche Rückschlüsse auf

Prävalenzen bei den untersuchten Nutztieren gezogen werden.

Es wurden Betriebe untersucht, die Masthühner, Mastschweine, Milchrinder oder Mastrin-

der halten. Die höchste Betriebsprävalenz hatten mit 100 % (34/34) die Masthühner halten-

den Betriebe. Bei Milchrinder und Mastschweine haltenden Betrieben lag die Betriebsprä-

valenz bei 85 % und am niedrigsten bei Mastrinder haltenden Betrieben mit 70 %. Die Pro-

benprävalenz von Sammelkotproben und Sockentupfern lag bei ca. 80 % bei Masthähnchen

und ca. 50 % bei den anderen Tierarten. Deutliche Unterschiede gab es in der Prävalenz der

Staubproben. Diese lag bei ca. 60 % bei den Masthühnern, aber nur bei ca. 10 % bei den

anderen Tierarten. Daher sollte der Austrag über Staub bei Masthühnern besonders berück-

sichtigt werden (siehe auch Abschnitt 3.3.3).


Die Prävalenz beim Menschen liegt sowohl in der Allgemeinbevölkerung als auch bei Men-

schen mit direktem Umgang mit Nutztieren bei ca. 6 % (Deutschland; Valenza et al., 2014;

Fischer at al., 2017).

Die Untersuchungen zum Vorkommen ESBL-produzierender Enterobacteriaceae zeigen

eine teilweise sehr hohe Prävalenz bei Nutztieren (siehe Publikation I). Im Vergleich dazu

ist die Prävalenz beim Mensch noch relativ niedrig. Daraus wird deutlich, dass Daten zur

Prävalenz ESBL-produzierender Enterobacteriaceae noch keine Rückschlüsse auf die Über-

tragung dieser Bakterien zulassen. Dazu sind weitere Informationen zu den Isolateigen-

schaften und epidemiologischen Zusammenhängen notwendig, die im Folgenden diskutiert

werden sollen.




3.2 Vorkommen bestimmter Isolateigenschaften

In Publikation I und II wird die Prävalenz cefotaximresistenter E. coli in unterschiedlichen

Nutzierpopulationen berichtet. Zum besseren Verständnis der Verbreitung ESBL-

produzierender Enterobacteriaceae sind auch Analysen weiterer Isolateigenschaften hilf-

reich. Wie in Abschnitt 1.2 bereits aufgeführt, werden neben klassischen phänotypischen

Resistenzmustern eine Vielzahl weiterer phäno- und genotypischer Isolateigenschaften un-

tersucht, die auch aus der Entwicklung moderner molekularbiologischer Methoden resultie-

ren. Hierbei zeigt sich eine sehr heterogene Dokumentation in den jeweils untersuchten Kol-

lektiven, die einen zusammenfassenden Vergleich erschwert. Daher soll im Folgenden die

Verteilung der Isolateigenschaften in unterschiedlichen Populationen beschrieben werden.

Grundsätzlich sollte dabei zwischen Charakteristika des Bakterienstammes und Charakteris-

tika, die zwischen Bakterienstämmen ausgetauscht werden können, unterschieden werden,

da diese jeweils Anhaltspunkte für einen vertikalen bzw. horizontalen Transfer liefern (siehe

Abschnitt 1.2). Eigenschaften, die den Bakterienstamm charakterisieren, wie die Phylogrup-

pe und der Sequenztyp, zeigen je nach Population eine unterschiedliche Verteilung, die

nicht unbedingt damit zusammenhängt ob es sich um einen ESBL-produzierenden Stamm

handelt oder nicht (Nielsen et al, 2013).

3.2.1 Phylogruppen

Die vier Phylogruppen (A, B1, B2, D; Clermont et al., 2000) bieten nur eine sehr grobe Un-

terteilung von E. coli-Stämmen. In Kombination mit weiteren Isolateigenschaften kann die

Phylogruppe dennoch einen wichtigen Beitrag zur Charakterisierung von Isolaten liefern

(Valentin et al., 2014). Als Eigenschaft des Bakterienstammes ist die Phylogruppe ein Indi-

kator für einen vertikalen Transfer. Bisherige Untersuchungen zeigen zudem, dass die Phy-

logruppe mit der Virulenz von E. coli-Stämmen zusammenhängt.

Bis Anfang 2017 wurden nur wenige repräsentative Untersuchungen zur Phylogruppe veröf-

fentlicht. Meist stammten die untersuchten Isolate aus Blutproben oder Harnwegsinfektio-

nen (Clermont et al., 2016, Pietsch et al., 2017) oder von Isolaten aus Proben von Bewoh-

nern von Pflegeeinrichtungen (Arvand et al., 2013). In Schweden müssen ESBL-

produzierende Enterobacteriaceae gemeldet werden (Brolund et al., 2014). Die überwie-

gend humanpathogenen Isolate aus diesen Kollektiven gehören zu ca. 50 % zur Phylogruppe

B2. Die zweithäufigste Phylogruppe war Phylogruppe D (Clermont et al., 2016, Pietsch et

al., 2017; Brolund et al., 2014; Arvand et al., 2013). In Untersuchungen an Proben aus der


Allgemeinbevölkerung waren Stämme der Phylogruppe A häufiger (Clermont et al., 2016;

Valenza et al., 2014).

Für die Untersuchung der Phylogruppe bei Stämmen tierischer Herkunft wurden von Ramos

et al. (2013) Kotproben von gesunden Tieren am Schlachthof genommen. Valentin et al.

(2014) konnten Isolate aus mehreren Studien, überwiegend Querschnittsuntersuchungen an

gesunden Tieren, in ihre Analysen einschließen. Beide Studien haben gezeigt, dass bei ge-

sunden Tieren Phylogruppe A und B1 dominieren (Ramos et al., 2013; Valentin et al.,

2014).

Für Isolate sowohl menschlicher als auch tierischer Herkunft gilt, dass E. coli-Stämme un-

terschiedlicher Phylogruppen sich in ihrer Virulenz unterscheiden. Gleichzeitig können

Stämme aller vier Phylogruppen ESBL-Gene tragen (van Hoek et al., 2016).

3.2.2 Sequenztypen

Ebenso wie die Phylogruppe ist der Sequenztyp eine Eigenschaft, die der Charakterisierung

von Bakterienstämmen dient und eine wichtige Information zur Charakterisierung klinischer

Isolate und für Ausbruchsuntersuchungen darstellt (Gerhold et a., 2016; Ludden et al.,

2015). Der Sequenztyp wird auch als ein Indikator für eine vertikale Übertragung angese-

hen.

Obwohl insgesamt eine große Zahl verschiedener E. coli Sequenztypen existiert (>7.000),

gibt es in unterschiedlichen Populationen jeweils dominierende Sequenztypen. ESBL-

produzierende E. coli-Stämme, die bei Querschnittsuntersuchungen in schweinehaltenden

Betrieben isoliert wurden, gehörten überwiegend zum Sequenztypen ST10 und ST453 (Fi-

scher et al., 2016; García-Cobos et al., 2015; Hammerum et al., 2014). Für andere Tierarten

gibt es bisher nur wenige publizierte Ergebnisse zu Sequenztypen (Fischer et al., 2014).

Bei menschlichen Isolaten wurde ST131 am häufigsten beschrieben. Bei ESBL-

produzierenden klinischen Isolaten aus dem schwedischen Surveillance-Programm aber

auch bei klinischen Isolaten aus deutschen Querschnitts- und Fall-Kontroll-Studien lag der

Anteil von ST131 bei ca. 30 % (Brolund et al., 2014; Leistner et al., 2013; Pietsch et al.,

2017). Bei Isolaten aus der Allgemeinbevölkerung lag der Anteil von ST131 mit ca. 15 %

wesentlich niedriger (Valenza et al., 2017). ST131 scheint hauptsächlich mit humanpatho-

genen Isolaten assoziiert zu sein und bei Isolaten von gesunden Nutztieren bisher keine Rol-

le zu spielen. Die bei Schweinen beschriebenen ST10 und ST453 konnten jedoch auch bei


Isolaten von Menschen nachgewiesen werden. Diese STs sind damit nicht tierspezifisch. In

Anhang A.1 sind Sequenztypen aufgelistet, die in den verschiedenen Populationen nachge-

wiesen wurden. Eine Studie an Isolaten aus dem schwedischen Surveillance-Programm aus

den Jahren 2007 bis 2011 zeigte, dass die Zusammensetzung der Sequenztypen stabil über

die Zeit war (Brolund et al., 2014).

Da in den meisten Studien entweder nur ein bestimmter ST untersucht wurde, z. B. der hu-

manpathogene ST131, oder nur wenige Isolate charakterisiert wurden, gibt es bisher keine

Analysen zur Assoziation zwischen dem Sequenztyp und potentiellen Risikofaktoren (vgl.

Publikation II).

3.2.3 Phänotypische Resistenzen

Die phänotypische Resistenztestung ist eine klassische Methode zur Charakterisierung von

Isolaten. Sie hat besondere Relevanz bei der Identifikation klinisch relevanter antimikrobiel-

ler Resistenzen und der Identifikation wirksamer Antibiotika zur Behandlung von Infektio-

nen. In Monitoringprogrammen wird diese Methode angewendet, um zu untersuchen, ob

Bakterienstämme im Vergleich zum Wildtyp eine veränderte Empfindlichkeit gegenüber

Antibiotika haben. Resistenzprofile können auch für "Source attribution-Modelle", also für

Modelle zur Analyse des Beitrags unterschiedlicher Übertragungsquellen genutzt werden

(Valentin et al., 2014).

Eine Aussage zur Prävalenz bestimmter phänotypischer Resistenzen ist nur auf Grundlage

von Ergebnissen aktiver Surveillance-Programme oder aus Studien an gut definierten Popu-

lationen möglich. Bei der überwiegenden Zahl der Publikationen zu phänotypischen Resis-

tenzen, ist dies nicht der Fall, so dass Prävalenzaussagen selten sind (siehe z.B. BVL, 2016).

Mehr als die Hälfte der ESBL-produzierenden Isolate aus klinischen Proben von Menschen

aus Deutschland ist auch resistent gegen Fluorchinolon-Antibiotika (Pietsch et al., 2017;

Schaumburg et al., 2016). Für ESBL-produzierende tierische Isolate werden unterschiedli-

che Anteile für zusätzliche Resistenz gegen Fluorchinolon-Antibiotika berichtet. Isolate aus

einer Querschnittsuntersuchung bei deutschen mastschweinehaltenden Betrieben ergab, dass

33 % (35/105) der ESBL-produzierenden Isolate resistent gegen Ciprofloxacin waren (Fi-

scher et al., 2017). Bei ESBL-produzierenden Isolaten aus deutschen milchrinderhaltenden

Betrieben lag dieser Anteil bei 60 % (100/170), bei Isolaten aus mastrinderhaltenden Bett-

rieben bei 15 % (4/26; Schmid et al., 2013). Zudem sind viele ESBL-produzierende E. coli

resistent gegen drei oder mehr Antibiotikaklassen (ECDC, 2015), was beim Einsatz eines


der betreffenden Antibiotika zur Ko-Selektion von ESBL-produzierenden Stämmen führen

kann. Resistenzen gegen Carbapenemasen sind sowohl in menschlichen als auch tierischen

Proben in Mitteleuropa im Moment noch selten (García-Cobos et al., 2015; Pietsch et al.,

2017; Schmid et al., 2013).

Die Ergebnisse einzelner phänotypischer Resistenztestungen sind für die Untersuchung von

Transmissionswegen allerdings nur bedingt geeignet. Hierzu sind immer zusätzliche Infor-

mationen, z. B. zum Antibiotikaeinsatz (siebe Publikation II) erforderlich. Dies wird z. B.

am Beispiel mcr-1 deutlich. Ende 2015 wurde erstmals über das plasmidvermittelte Colis-

tinresistenzgen mcr-1 berichtet (Liu et al., 2016). Colistin wurde in den vergangen Jahrzehn-

ten, aufgrund seiner starken Nebenwirkungen beim Menschen nur in Einzelfällen, in der

Tierhaltung aber durchaus häufig (siehe Merle et al., 2014; van Rennings et al., 2015) ein-

gesetzt. Dieses (epidemiologische) Wissen lässt in diesem speziellen Fall den Rückschluss

zu, dass mcr-1 bei Nutztieren entstanden ist und sich von dort bis zum Menschen verbreitet

hat. Solche klaren Zusammenhänge gibt es bei den meisten anderen antimikrobiellen Resis-

tenzen allerdings nicht, da die phänotypische Resistenztestung zwar sowohl aus klinischer

als auch aus epidemiologischer Sicht einen wichtigen Charakterisierungsschritt darstellt,

aber meist die epidemiologische Information fehlt, um eine Transmission zu belegen.

3.2.4 ESBL-Gene

Ergebnisse zum Vorkommen bestimmter ESBL-Gene und Genvarianten sind, neben der

phänotypischen Resistenztestung, ein wichtiges Element zur Beschreibung der Resistenz-

problematik und des Resistenztransfers. Daher finden sie vermehrt Verwendung z. B. in

mathematischen Modellen der "Source Attribution" oder der Expositionsabschätzung (Sharp

et al., 2014).

Im Rahmen von Publikation I und II wurden Proben auf das Vorhandensein CTX-resistenter

E. coli untersucht. CTX-Resistenz ist ein wichtiger Hinweis auf das Vorhandensein von

ESBL-Genen. Bei etwa 90 % der CTX-resistenten Isolate können mittels PCR ESBL-Gene

nachgewiesen werden (Horton et al., 2011; Laube et al., 2013).

In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Untersuchungen durchgeführt, die das Auftre-

ten unterschiedlicher ESBL-Gene dokumentieren. Tabelle 1 gibt eine Übersicht zum Vor-

kommen der unterschiedlichen Genvarianten. Beim größten Teil der in Tabelle 3 aufgeführ-

ten Studien handelt es sich um Querschnittstudien, teilweise aber auch um Untersuchungen

an Isolatsammlungen. Daher sind jeweils keine prozentualen Anteile angegeben.


Um zu verdeutlichen, welche Genvariante in einer Studie die häufigste war, ist die Referenz

in der jeweiligen Zeile fett formatiert.

Tabelle 1: Europäische Studien, in denen ESBL-Gene bei E. coli berichtet wurden, nach Population; Referenz

fett: häufigstes ESBL-Gen in der betreffenden Studie

blaESBL-

Gen Broiler Schwein Rind

Mensch

(Allgemeinbev.)

Mensch

(Patienten)1

CTX-M-1

Blanc et al., 2006;

Dierikx et al., 2010;


Endimiani et al.,

2012; Geser et al.,

2012; Leverstein-

van Hall et al.,

2011; Machado et

al., 2008; Randall et

al., 2011; Smet et

al., 2008

Agersø et al., 2012;

Blanc et al., 2006;

Cavaco et al., 2008;

Dohmen et al.,

2015; Endimiani et

al., 2012; Fischer et

al., 2017; García-

Cobos et al., 2015;

Geser et al., 2012;

Hammerum et al.,

2014; Horton et al.,

2011; Jørgensen et

al., 2007; Ramos et

al., 2013; Rodrigues

et al., 2013; Schink

et al., 2013; Wu et

al., 2008

Dahms et al., 2015;

Endimiani et al.,

2012; Gonggrijp et

al., 2016; Hart-

mann et al., 2012

Madec et al., 2008; Schink et al., 2013;

Snow et al., 2012;

Watson et al., 2012

Valenza et al., 2014;

van Hoek et al.,

2016; Wielders et

al., 2016


Brolund et al., 2014;

Gerhold et al.,

2016; Leverstein-

van Hall et al.,

2011; Pietsch et al.,

2017; Schaumburg et

al., 2016; Valenza et

al., 2017; Valenza et al., 2015; van Hoek

et al., 2016; Voets et

al., 2012

CTX-M-2



Leverstein-van Hall

et al., 2011, Smet et al., 2008


Gonggrijp et al.,

2016; Schink et al., 2013; Snow et al.,

2012

van Hoek et al.,

2016;



Leverstein-van Hall

et al., 2011, Pietsch et al., 2017

CTX-M-3 Randall et al., 2011; Endimiani et al.,

2012; Schink et al., 2013;


van Hoek et al., 2016;


Pietsch et al., 2017

CTX-M-8 Pietsch et al., 2017;

CTX-M-9 Blanc et al., 2006 Ramos et al., 2013; Snow et al., 2012


Pietsch et al., 2017;

Voets et al., 2012

CTX-M-13 Brolund et al., 2014;

CTX-M-14 Blanc et al., 2006;

Smet et al., 2008


Cavaco et al., 2008; Dohmen et al., 2015;

García-Cobos et al.,

2015; Geser et al., 2012; Hammerum et

al., 2014; Ramos et

al., 2013;

Gonggrijp et al.,

2016; Horton et al., 2011; Madec et al.,

2008; Snow et al.,

2012

Valenza et al., 2014,

van Hoek et al.,

2016; Wielders et al., 2016


Gerhold et al., 2016;

Pietsch et al., 2017; Valenza et al., 2015,

van Hoek et al.,

2016; Voets et al., 2012

CTX-M-15

Endimiani et al.,

2012; Randall et al., 2011; Smet et al.,

2008


Dohmen et al., 2015; García-Cobos et al.,

2015

Endimiani et al.,

2012; Gonggrijp et al., 2016; Horton et

al., 2011; Schink et

al., 2013; Snow et

al., 2012; Watson et

al., 2012;


van Hoek et al.,

2016; Wielders et

al., 2016


Brolund et al.,

2014; Gerhold et al.,

2016; Pietsch et al.,

2017; Schaumburg

et al., 2016; Valenza

et al., 2017; Valenza

et al., 2015; van

Hoek et al., 2016;

Voets et al., 2012


CTX-M-17 Voets et al., 2012


CTX-M-24


van Hoek et al.,

2016;




Tabelle 1: Europäische Studien, in denen ESBL-Gene bei E. coli berichtet wurden, nach Population; Referenz

fett: häufigstes ESBL-Gen in der betreffenden Studie

blaESBL-

Gen Broiler Schwein Rind

Mensch

(Allgemeinbev.)

Mensch

(Patienten)1

CTX-M-27 Snow et al., 2012 van Hoek et al.,

2016;


Gerhold et al., 2016;


Schaumburg et al., 2016, Valenza et al.,

2015; Voets et al.,

2012

CTX-M-32 Blanc et al., 2006 Rodrigues et al.,

2013

Gonggrijp et al.,

2016; Snow et al.,

2012

van Hoek et al.,

2016; Brolund et al., 2014;


CTX-M-55

Gonggrijp et al.,

2016; Snow et al., 2012

Valenza et al., 2014 Brolund et al., 2014;

Pietsch et al., 2017


CTX-M-65 Brolund et al., 2014


CTX-M-96 Brolund et al., 2014

CTX-M-97 Hammerum et al.,

2014;

CTX-M-

104


TEM-12 Pietsch et al., 2017;

TEM-19 Voets et al., 2012

TEM-20 Leverstein-van Hall

et al., 2011 Agersø et al., 2012; Leverstein-van Hall

et al., 2011

TEM-32 Ramos et al., 2013;

TEM-35

TEM-52

Blanc et al., 2006;



Endimiani et al.,

2012; Geser et al., 2012; Leverstein-van

Hall et al., 2011,

Machado et al.,

2008;

Dohmen et al., 2015;

Fischer et al., 2017;

Rodrigues et al.,

2013

Gonggrijp et al., 2016

Valenza et al., 2014

Leverstein-van Hall

et al., 2011, Pietsch et al., 2017

TEM-55 Smet et al., 2008

TEM-71 Hartmann et al.,

2012

TEM-106 Smet et al., 2008

TEM-135 Dierikx et al., 2010;

SHV-1 Brolund et al., 2014

SHV-2 Dierikx et al., 2010;

Leverstein-van Hall

et al., 2011

Leverstein-van Hall et al., 2011; Voets et

al., 2012

SHV-5 Blanc et al., 2006 Brolund et al., 2014;

Voets et al., 2012

SHV-12

Blanc et al., 2006;

Dierikx et al., 2013; Endimiani et al.,

2012; Geser et al.,

2012


Blanc et al., 2006; Hammerum et al.,

2014; Ramos et al.,

2013;

Madec et al., 2008;


van Hoek et al.,

2016;


Leverstein-van Hall

et al., 2011, Pietsch et al., 2017; Voets et

al., 2012

Anzahl der

Referenzen 9 15 9 3 10

1 Isolate von stationären, ambulanten Patienten sowie von Bewohnern von Pflegeeinrichtungen


Die am häufigsten dokumentierten ESBL-Gene in menschlichen und tierischen Populatio-

nen in Europa sind die Gene blaCTX-M-1, -15 und -14, wobei in tierischen Populationen das Gen

blaCTX-M-1 vermehrt vorkommt und in menschlichen Populationen das Gen blaCTX-M-15 (siehe

Tabelle 3). Die Gene blaTEM-52 und blaSHV-12 wurden häufiger bei Isolaten von Schweinen

und Broilern beschrieben als bei Isolaten von Rindern und Menschen. Wie Tabelle 3 zeigt,

wurden einige Genvarianten bisher nur für menschliche bzw. tierische Populationen berich-

tet. So wurden blaCTX-M-16, blaCTX-M-17 und blaCTX-M-33 bisher nur aus Untersuchungen an

Proben vom Menschen berichtet, blaTEM-106 und blaTEM-135 nur aus Untersuchungen an Pro-

ben von Broilern.

Valentin et al. (2014) konnten ESBL-Gene bzw. Kombinationen von ESBL-Genen identifi-

zieren, die innerhalb der untersuchten Isolatsammlung spezifisch für einzelne Populationen

waren (gesunde Schweine: blaCTX-M-24, blaCTX-M-24 + blaTEM; blaCTX-M-9; Rinder klinisch:

blaCTX-M-3 + blaTEM; Pferde klinisch: blaCTX-M-97 + blaTEM). Allerdings wurden diese Gene in

weiteren Studien auch in jeweils anderen Populationen nachgewiesen (siehe Tabelle 3).

AmpC-produzierende Isolate machen 1-20 % der Cefotaximresistenten Isolate aus (Gong-

grijp et al., 2016; Pietsch et l., 2015; Brolund et al., 2014; Schmiedel et. al., 2014). Viele

ESBL-produzierende Isolate besitzen mehrere Resistenzgene gleichzeitig und sind phänoty-

pisch resistent gegen drei oder mehr Antibiotikaklassen (Smet et al., 2008; Costa et al.,

2009; Schmid et al., 2014;). Das führt beim Einsatz einzelner dieser Antibiotika zur Ko-

Selektion der zusätzlich im Genom des Bakteriums vorhandenen Resistenzgene (Cantón et

al., 2012; Coque et al., 2008; Abgottspon et al., 2014).

3.2.5 Plasmidtypen

ESBL-Gene liegen zumeist auf Plasmiden und können mit diesen zwischen Bakterienstäm-

men übertragen werden. Die Charakterisierung von Plasmiden kann daher zur Aufklärung

von Transmissionswegen beitragen.

Die Plasmidtypen IncI1, IncN und IncF kommen sowohl bei Isolaten aus Nutztieren als

auch bei Isolaten aus Menschen häufig vor (Schink et al., 2013; Jakobsen et al., 2016; Doh-

men et al., 2015; Hammerum et al., 2014). Damit bietet das Merkmal Plasmidtyp allein kei-

ne Möglichkeit zur Unterscheidung der Quelle bzw. der Identifikation möglicher Übertra-

gungen. Die Analyse der Plasmidsequenz ermöglicht einen genaueren Vergleich von Plas-

miden. Untersuchungen zu ESBL-tragenden Plasmiden aus Isolaten unterschiedlicher Her-

kunft können zusätzliche Hinweise auf einen horizontalen Transfer von

Resistenzdeterminaten liefern. Zum tatsächlichen Verständnis von Transferwegen sind je-

doch immer zusätzliche epidemiologische Informationen erforderlich (siehe 3.4.2).


3.2.6 Bedeutung der Isolateigenschaften

Wie in Abschnitt 1.2 und hier beschrieben, können Isolateigenschaften Hinweise auf einen

vertikalen oder horizontalen Transfer von Resistenzen liefern oder in Modelle zur "Source

Attribution" oder der Expositionsabschätzung einfließen (Sharp et al., 2014; Valentin et al,.

2014). Dennoch können definierte ESBL-produzierende E. coli-Stämme nicht eindeutig

bestimmten Quellen zugeordnet werden. Im Gegensatz dazu ist z. B. beim Methicillin-

resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) eine Einordnung in "hospital acquired" (HA-),

"community acquired" (CA-) und "livestock acquired" (LA-MRSA) möglich. Daher sind

zum Verständnis der Übertragungswege und der Richtung der Übertragung von ESBL-

produzierenden Enterobacteriaceae zusätzliche epidemiologische Informationen besonders

wichtig.

Eine generelle Problematik beim Vergleich von Isolateigenschaften ist zudem die Definition

der "Gleichheit" von Isolaten. So wurden z.B. bei Leverstein-van Hall et al. (2011) Isolate,

die aus Proben unabhängiger Kollektive (Geflügel und Mensch) stammten, untersucht. Zum

Vergleich der Isolate wurden Daten zu ESBL-Genen, Plasmidtyp und ST herangezogen. Da

die häufigsten Typen dieser Eigenschaften in beiden Populationen vorkommen und die un-

tersuchten Isolate bereits auf Grundlage der vordefinierten Eigenschaften ausgewählt wur-

den, sind die in der Publikation gezogenen Rückschlüsse zur Übertragung zwischen Geflü-

gel und Mensch aus meiner Perspektive eher zweifelhaft.

Je mehr Eigenschaften in den Vergleich von Isolaten einbezogen werden, dazu zählt auch

die DNA-Sequenz des ganzen Genoms, desto kleiner wird der Anteil der untersuchten Isola-

te mit identischen Eigenschaften (Valentin et al., 2014). Mit Hilfe von phylogenetischen

Analysen können Ähnlichkeiten quantifiziert und visualisiert werden. Dennoch sind, trotz

tiefgehender Charakterisierung von Isolaten, auch epidemiologische Informationen für das

richtige Verständnis von Transmissionswegen zwingend erforderlich.

3.3 Diskussion der Relevanz verschiedener Transmissionswege

Vergleiche der Eigenschaften von Isolaten aus unterschiedlichen Populationen stellen eine

grundlegende Basis zur Identifikation von Übertragungswegen zwischen diesen Populatio-

nen dar. Bei vergleichenden Studien zu Isolateigenschaften kann man folgende Typen von

Untersuchungen unterscheiden:


1. Untersuchungen an Isolaten unabhängiger Kollektive

2. Untersuchungen an Isolaten abhängiger Kollektive (z. B. Nutztiere und betreuende

Personen; longitudinale Studien)

3. Ausbruchsuntersuchungen

Wenn Isolaten, die aus unabhängigen Kollektiven z. B. aus Isolatsammlungen oder diagnos-

tischen Proben stammen, die gleichen Eigenschaften aufweisen, können keine eindeutigen

Rückschlüsse auf unmittelbare Zusammenhänge gezogen werden. Dies ist nur möglich,

wenn zusätzliche Informationen zu epidemiologischen Zusammenhängen zur Verfügung

stehen, wie dies bei Untersuchungen an Isolaten aus abhängigen Kollektiven oder Aus-

bruchsuntersuchungen der Fall ist.

Eine andere Möglichkeit Ursachen für das Auftreten ESBL-produzierender Enterobacteri-

aceae zu untersuchen, ist die Erfassung und Analyse möglicher Einflussfaktoren im Rah-

men einer Risikofaktorenanalyse. Diese Methode wurde in Publikation II (Abschnitt 2) an-

gewendet, um Einflussfaktoren für das Auftreten ESBL-produzierender E. coli in Rinderbe-

ständen zu identifizieren.

Abbildung 1: Schematische Darstellung wesentlicher Kontaktpfade für die Allgemeinbevölkerung mit ESBL-

produzierenden Enterobacteriaceae; Abbildung angepasst nach Hamscher und Mohring et al. (2012); LM:

Lebensmittel; LW: landwirtschaftlich


Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung wesentlicher Kontaktpfade. Im Folgenden

werden die bisherigen Erkenntnisse zu den am meisten diskutierten Übertragungswegen

zusammengefasst.

3.3.1 Direkte Übertragung zwischen Menschen und Nutztieren

Bisher existieren nur wenige wissenschaftliche Untersuchungen, die sachlich wie zeitlich

bei Menschen und Tieren gleichzeitige Beprobungen vorgenommen haben. In einigen Fäl-

len konnte der "gleiche E. coli Klon" (= mindestens gleicher Sequenztyp und gleiches Re-

sistenzgen) bei Nutztieren und Personen mit direktem Umgang mit diesen Tieren identifi-

ziert werden (Dahms et al., 2015; Dierikx et al., 2013; Dohmen et al., 2015; Fischer et al.,

2017). Dies war jedoch nur bei jeweils sehr wenigen der untersuchten Betriebe der Fall. So

wurden z.B. in einer Untersuchung an 49 mastschweinehaltenden Betrieben bei nur fünf von

84 untersuchten Menschen ESBL-positive Isolate identifiziert und nur in einem Betrieb ein

identisches Isolat auch bei Schweinen gefunden (Fischer et al., 2017). In einer Studie aus

den Niederlanden wurden Informationen zu ESBL/pAmpC-Genen, Virulenzprofilen und der

phylogenetischen Gruppe verwendet, um Isolate zu vergleichen. Dabei wurde festgestellt,

dass Isolate von Broilern und Isolate von Personen mit Kontakt zu Broilern Cluster bildeten

(van Hoek et al., 2016).

Häufiger als zu einem Transfer von Stämmen, gemeinsam mit ihren Plasmiden, scheint es

zu einem Transfer mobiler genetischer Elemente (meist Plasmiden) und den darin enthal-

tenden Resistenzgenen zu kommen (Lazarus et al., 2015; Smet et al., 2008). Gleiche ESBL-

Gene (nach Sequenzierung) wurden mehrfach bei Isolaten von Nutztieren und Mensch vom

jeweils selben Betrieb identifiziert (Dahms et al., 2015; Dierikx et al., 2013; Dohmen et al.,

2015; Fischer et al., 2017).

Zusammenfassend kann man feststellen, dass eine Reihe von Studien die Möglichkeit der

direkten Übertragung von ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae zwischen Nutztieren

und Menschen gezeigt hat. Dennoch liegt die Prävalenz der Kolonisation mit ESBL-

produzierenden E. coli bei Menschen mit direktem Umgang mit Nutztieren und der Allge-

meinbevölkerung etwa gleich hoch (in Deutschland bei ca. 6 %, Valenza et al., 2014; Fi-

scher at al., 2017), was derzeit darauf hindeutet, dass der direkte Kontakt zu Nutztieren kei-

nen wesentlichen Risikofaktor für eine erhöhte Prävalenz von ESBL-produzierenden E. coli

beim Menschen darstellt (Karanika et al., 2016). Im Gegensatz dazu liegt die Prävalenz von

MRSA bei Menschen mit direktem Umgang mit Nutztieren deutlich höher als in der


Allgemeinbevölkerung, da bei Hautkeimen der direkte Umgang mit den Tieren die Besiede-

lung des Menschen mit diesen Keimen fördert. Fischer et al. (2017) stellten z. B. bei Perso-

nen mit beruflichem Kontakt zu Mastschweinen eine nasale Besiedlung mit MRSA von

85 % (72/85) fest, während die Prävalenz in der Allgemeinbevölkerung in Deutschland bei

weniger als1 % liegt (Köck et al., 2016).

In der Bevölkerung Mittel- und Nordeuropas betrifft die Möglichkeit des direkten Transfers

durch Nutztiere nur eine sehr spezifische und eher kleine Gruppe von Personen (u. a. Land-

wirte, Tierärzte und Schlachthofmitarbeiter). Für die Allgemeinbevölkerung ist daher die

Relevanz der direkten Übertragung als eher gering einzuschätzen. In anderen Regionen,

z. B. Afrikas oder Asiens, wo Nutztiere in der direkten Umgebung von Menschen gehalten

werden ("backyard farming") oder lebende Tiere auf Märkten direkt an den Endverbraucher

verkauft werden, spielt dieser Übertragungsweg, bezogen auf die Gesamtbevölkerung, eine

größere Rolle (Aliyu et al., 2016).

3.3.2 Indirekte Übertragung zwischen Menschen und Nutztieren über Lebensmittel

Als wesentlicher Expositionspfad der Übertragung von ESBL-produzierenden Enterobacte-

riaceae von Nutztieren auf den Menschen muss der Verzehr tierischer Lebensmittel angese-

hen werden. Da der Einfluss des Verzehrs von kontaminierten Lebensmitteln auf die Be-

siedlung des menschlichen Darms mit ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae aus ethi-

schen Gründen nicht experimentell zu untersuchen ist, gibt es hierzu keine direkten Studien.

Es wurden jedoch Isolate aus unterschiedlichen Quellen (Nutztier, Lebensmittel, Mensch)

parallel charakterisiert und verglichen. Wie in anderen Zusammenhängen (siehe oben) be-

reits ausgeführt, ist eine Limitation solcher Studien zu Isolateigenschaften, dass die Isolate

aus den jeweiligen Quellen meist unabhängig voneinander gesammelt wurden. Daher sind

Rückschlüsse auf Übertragungswege ohne Kenntnisse direkter epidemiologischer Zusam-

menhänge nur selten möglich. Zudem ist die tiefgehende Charakterisierung und Analyse

von Isolateigenschaften immer noch relativ aufwändig. Daher wurden in den bisher publi-

zierten Studien meist nur relativ wenige Isolate parallel untersucht (Belmar Campos et al.,

2014; Overdevest et al., 2011).

Eine deutsche Studie an Mastschweinen, die im Betrieb und im Schlachthof beprobt wur-

den, gibt Hinweise auf die Rolle der Übertragung von Enterobakterien oder Resistenzdeter-

minanten im Schlachthof. Zu Übertragungen kann es sowohl zwischen den Tieren oder Tie-

ren und ihrer Umgebung im Wartebereich kommen, als auch zwischen dem Schweinefleisch


und den Schlachthofmitarbeitern (Schmithausen et al., 2015). Grundsätzlich ist bei Lebens-

mitteln der konkrete Ursprung der Kontamination meist unklar. Die isolierten Bakterien

können vom Tier, von Menschen, die das Lebensmittel verarbeitet habe, oder von kontami-

nierten Oberflächen stammen.

In Proben von Gemüse, Milchprodukten und Fleisch konnten ESBL-produzierende E. coli

gefunden werden (Agersø et al., 2012; Odenthal et al., 2016; Reuland et al., 2014, Zogg et

al., 2016). Die höchsten Probenprävalenzen werden dabei bei Fleischproben beobachtet.

Eine Abschätzung der Exposition durch den Verzehr von Hähnchenfleisch ergab, dass die

größte Exposition durch Kreuzkontamination in der Küche besteht (Depoorter et al., 2012).

Wenn Hygienemaßnahmen bei der Zubereitung von Lebensmitteln nicht eingehalten wer-

den, kann es zu einer direkten Übertragung auf den Menschen oder Kreuzkontamination von

roh verzehrten Lebensmitteln kommen (Fetsch et al., 2015). Ob der Verzehr kontaminierter

Lebensmittel ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellt, bleibt jedoch unklar.

Evers et al. (2017) veröffentlichten eine Studie zur Abschätzung der Exposition mit ESBL-

produzierenden E. coli durch Fleischkonsum. Die Autoren weisen darauf hin, dass eine Ab-

schätzung des relativen Risikos nicht möglich ist, solange Studien zu anderen Übertra-

gungswegen, speziell zur Mensch zu Mensch-Übertragung in der Allgemeinbevölkerung

und in medizinischen Einrichtungen, fehlen.

3.3.3 Weitere Quellen für ESBL-produzierende Enterobacteriaceae

Für die Exposition des Menschen mit ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae kommen

weitere Quellen in Frage, die in Publikation I und II nicht oder nur am Rande diskutiert

wurden, z. B. Vektoren wie Fliegen, Luft, Wasser und Boden (siehe Abbildung 1). Im Sinne

einer übergreifenden Diskussion unter Berücksichtigung von "One Health-Aspekten" wer-

den publizierte Ergebnisse zu diesen Quellen hier kurz zusammengefasst.

ESBL-produzierende Enterobacteriaceae wurden in Fliegen sowohl in nutztierhaltenden

Betrieben, als auch in Fliegen aus der ländlichen und städtischen Umwelt nachgewiesen

(Blaak et al., 2014; Dolejska et al., 2011; Schaumburg et al., 2016). Ein solcher Nachweis

war auch in Proben unterschiedlicher Wildtiere möglich (Review: Guenther et al., 2011).

Fliegen und Wildtiere könnten zur Verbreitung von Resistenzdeterminanten beitragen. Die

Relevanz für die menschliche Gesundheit ist jedoch unklar.

Zur luftgetragenen Übertragung ESBL-produzierender Enterobacteriaceae von Nutztieren

auf Menschen gibt es bisher nur wenige Untersuchungen. Eine Studie bei


schweinehaltenden Betrieben in Deutschland konnte in ca. 7 % der Luftproben außerhalb

des Stalles ESBL-produzierende Enterobacteriaceae nachweisen (Laube et al, 2014). Auch

wurden in der Umgebung nutztierhaltender Betriebe ESBL-produzierende Enterobacteri-

aceae gefunden (Blaak et al., 2015; Friese et al., 2013, Laube et al., 2014). Zur Prävalenz

der Kolonisation mit ESBL-produzierender Enterobacteriaceae von Bewohnern aus Gebie-

ten mit einer hohen Dichte nutztierhaltender Betriebe gibt es widersprüchliche Ergebnisse,

die allerdings wegen des Fehlens weiterer epidemiologischer Daten nur schwer interpretier-

bar sind. Eine Assoziation der Prävalenz von ESBL-produzierenden E. coli mit der Be-

triebsdichte konnte in einer niederländischen Studie von Wielders et al. (2016) nicht festge-

stellt werden. Eine andere niederländische Studie ergab dagegen, dass die Kolonisation mit

ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae von Menschen mit der Dichte von broilerhalten-

den Betrieben in der menschlichen Umgebung assoziiert ist (Huijbers et al., 2013).

Im Vergleich zu Studien bei Menschen und Tieren wird aus Studien an Wasser- und Boden-

proben eine größere Vielfalt an ESBL-produzierenden Bakterienspezies berichtet. Dies kann

zu einem vielfältigen horizontalen Austausch von Resistenzdeterminanten führen. Eine

Schweizer Studie konnte in 21 von 58 (36 %) untersuchten Gewässern ESBL-produzierende

Enterobacteriaceae nachweisen. Neben E. coli (n=60) wurden folgende Bakterienspezies

identifiziert: sieben Klebsiella pneumoniae Stämme, fünf Raoultella planticola Stämme, ein

Enterobacter cloacae Stamm und ein Enterobacter amnigenus Stamm (Zurfluh et al., 2013).

Viele der ESBL-produzierenden E. coli Isolate aus Wasserproben weisen Resistenzen gegen

drei oder mehr Antibiotikaklassen auf (Franz et al., 2015; Kittinger et al., 2016). Die Se-

quenztypen dieser Isolate sind vielfältig, wobei auch der humanpathogene ST131 in mehre-

ren Studien identifiziert wurde (Kittinger et al., 2016; Müller et al., 2016; Zurfluh et al.,

2013). Eine französische Studie zeigte, dass ESBL-produzierende E. coli etwa achtmal häu-

figer in menschlichen Abwässern als im Abwasser eines Schlachthofes nachzuweisen waren

(Diallo et al., 2013). Der Vergleich von E. coli Isolaten aus städtischen und Krankenhaus-

abwässern ergab, dass trotz vorhergehender Reinigung Isolate aus Krankenhausabwässern

etwa doppelt so häufig ESBLs-produzierten, wie die Isolate aus städtischen Abwässern

(Korzeniewska et al., 2013). In einer Schweizer Studie wurden ESBL-produzierende E. coli

aus unterschiedlichen Quellen (Wasser, Fisch, Nutztiere, Fleisch, Patienten und gesunde

Menschen) untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass 20 von 60 Isolaten (33 %) aus Proben

von Oberflächengewässern Virulenzfaktoren trugen, die typisch für uropathogene Stämme

sind. Von den 28 Isolaten von Nutztieren trugen nur 3 (11 %) die entsprechenden Virulenz-

faktoren (Müller et al., 2016). Auch in Meerwasser und Bodenproben konnten


ESBL-produzierende Enterobacteriaceae nachgewiesen werden (Hartmann et al., 2012,

Jones-Dias et al., 2016, Maravić et al., 2015). Jones-Dias et al. (2016) fanden einen

Zusammenhang zwischen dem Vorkommen ESBL-produzierender Enterobacteriaceae und

der Intensität der Bewirtschaftung des Bodens, wobei die in dieser Studie untersuchten Iso-

late andere Resistenzmuster aufwiesen als klinische Isolate (Jones-Dias et al., 2016). Zu-

sammenfassend zeigen diese Untersuchungen eine relativ hohe Prävalenz ESBL-

produzierender Enterobacteriaceae in Oberflächengewässern und im Boden, doch auch hier

muss die Relevanz für die menschliche Gesundheit noch geklärt werden.

Als Träger von ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae in der menschlichen Umgebung

kommen auch Haustiere in Frage (Ewers et al., 2012). Da der Kontakt zwischen Menschen

und ihren Haustieren sehr eng ist, besteht hier die Möglichkeit einer Transmission (Chomel

und Sun, 2011). Eine niederländische Studie zu Risikofaktoren der Kolonisation mit ESBL-

produzierenden Enterobacteriaceae von Menschen ergab eine Assoziation mit dem Kontakt

zu Pferden (Huijbers et al., 2013). Auch weisen klinische Isolate von Haustieren ähnliche

Isolateigenschaften wie humane klinische Isolate auf (Bogaerts et al., 2015; Wieler et al.,

2011). Valentin et al. (2014) stellten fest, dass eine Untergruppe aus 1.329 untersuchten

Isolaten nur bei Haustieren und Menschen, nicht jedoch bei Nutztieren vorkam. Eine Asso-

ziation der Behandlung mit Antibiotika und dem Auftreten ESBL-produzierender E. coli bei

Hunden und Katzen konnte nachgewiesen werden (Belas et al., 2014; Gandolfi-

Decristophoris et al., 2013). Diese Ergebnisse weisen auf die Bedeutung der Übertragung

ESBL-produzierender Enterobacteriaceae zwischen Haustieren und Menschen hin. Um die

Häufigkeit und die Richtung der Übertragung ESBL-produzierender E. coli genauer zu un-

tersuchen, fehlen jedoch parallele, im Idealfall longitudinale, Studien bei Haustieren und

ihren Haltern.

Eine wesentliche Rolle beim Erwerb ESBL-produzierender Enterobacteriaceae spielt wahr-

scheinlich die direkte oder indirekte Übertragung von Mensch zu Mensch, z. B. über kon-

taminierte Oberflächen. Insbesondere innerhalb von medizinischen Einrichtungen scheint es

häufiger zu einer Übertragung von ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae zu kommen:

In mehreren Studien wurde eine Assoziation zwischen dem Vorkommen ESBL-

produzierender E. coli und dem Kontakt zu medizinischen Einrichtungen, Hospitalisation

und der Behandlung mit Antibiotika festgestellt (Ludden et al., 2015; Valenza et al., 2015,

van der Mee-Marquet et al., 2015). Adler et al. (2012) konnten die meisten der untersuchten

nosokomial erworbenen ESBL-produzierenden E. coli Stämme auf solche Stämme zurück-

führen, die parallel auch bei anderen Patienten in der selben medizinischen Einrichtung


nachgewiesen wurden. Das deutet auf eine Zirkulation von Stämmen innerhalb einer Ein-

richtung hin. Auch auf Stationen ohne Patienten mit Infektion durch ESBL-produzierende

Enterobacteriaceae wurden diese Bakterien nachgewiesen. Orte, an denen diese Bakterien

besonders häufig gefunden wurden, waren Handwaschbecken und der Fußboden

(Muzslay et al., 2017). Als Risikofaktoren für den Erwerb von ESBL-produzierenden E. coli

bei hospitalisierten Patienten wurden Immobilität, Wunden und Behandlung mittels Blasen-

katheter identifiziert (Gruber et al., 2013).

Ob und wie häufig es zu einer Übertragung von ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae

zwischen gesunden Personen im Alltag kommt, muss noch weiter untersucht werden. Gene-

rell und insbesondere in medizinischen Einrichtungen gilt, dass Hygienemaßnahmen sorg-

fältig eingehalten und durchgeführt werden sollten.

3.4 Definition relevanter Informationen für populationsübergreifende

Analysen

3.4.1 Erfassung phäno- und genotypischer Isolateigenschaften

Bisher werden Rückschlüsse auf mögliche Übertragungswege primär auf Grundlage von

Isolateigenschaften getroffen. Wie schon eingangs beschrieben, gibt es bei ESBL-

produzierenden E. coli, anders als bei MRSA, keine "… acquired"–Typen die einer be-

stimmten Herkunft zugeschrieben werden können. Bisherige Untersuchungen zeigten zu-

dem eine sehr große Vielfalt an Isolaten (Costa et al., 2009 VM; Schmid et al., 2014). Daher

ist es für ESBL-produzierende E. coli derzeit nicht möglich, anhand von Kombination von

Isolateigenschaften, allgemeine, populationsspezifische Subtypen zu identifizieren. Valentin

et al. (2014) zeigten in einer ausschließlich auf Isolateigenschaften basierenden Analyse in

der die Eigenschaften von 1.329 Isolaten verglichen wurden, dass durchaus populationsspe-

zifische Subtypen gefunden werden können. Diese machten aber nur einen kleinen Teil der

jeweiligen Isolate aus (2,6 % der Isolate aus Tierproben, 7,3 % der Isolate aus humanen

Proben). Daher ist derzeit davon auszugehen, dass eine Transmissionsanalyse nur gelingen

kann, wenn zusätzlich epidemiologische Informationen zur Verfügung gestellt werden kön-

nen. Im Rahmen der im Forschungsverbund RESET durchgeführten harmonisierten Labor-

analysen wurde auch die Art und Weise der Datenerfassung vereinheitlicht. Da es sich bei

den untersuchten Populationen jedoch überwiegend um unabhängige Kollektive handelt und

nur sehr wenige epidemiologische Informationen zur Verfügung stehen, reichen auch diese


umfangreichen Daten (Valentin et al., 2014) nicht aus, um eine eindeutige Transmission

zwischen den untersuchten Populationen zu belegen.

Bei der Erfassung von Isolateigenschaften zur Bewertung der antimikrobiellen Resistenz in

zukünftigen Studien sollten daher generell folgende Punkte berücksichtigt werden:

- Je tiefer Isolate charakterisiert werden, desto weniger Gemeinsamkeiten lassen sich

bei Vergleichen feststellen.

- Die Tiefe der Isolatcharakterisierung ist abhängig von der jeweiligen Fragestellung.

- Daher sollte in Abhängigkeit von der Fragestellung immer angegeben werden, wann

zwei Isolate als gleich definiert werden.

- Bei der Auswahl von Isolaten sollten epidemiologische Gesichtspunkte berücksichtigt

werden, um Rückschlüsse auf die relative Verteilung von Isolateigenschaften in Popu-

lationen ziehen zu können.

Insgesamt sollten Laboranalyseprotokolle für die Untersuchung von Proben und Isolaten aus

unterschiedlichen Quellen (z. B. Menschen, Tieren, Lebensmitteln) stärker harmonisiert

werden. Dazu zählen auch die Methoden der Genomsequenzierung. Im interdisziplinären

Forschungsverbund RESET wurden bei der Harmonisierung der Protokolle für Isolation und

Charakterisierung von ESBL-produzierenden E. coli wesentliche Fortschritte erzielt

(www.reset-verbund.de), die auch in die von der EFSA empfohlenen Protokolle eingegan-

gen sind (EFSA, 2012; http://eurl-ar.eu/233-protocols.htm).

3.4.2 Epidemiologische Information zur Transmission

Um beurteilen zu können, ob ein Zusammenhang zwischen zwei Isolaten mit gleichen Ei-

genschaften besteht (z. B. durch direkte Übertragung oder externe Kontaminationsquelle),

sind epidemiologische Informationen zur Probenherkunft zwingend erforderlich.

Bei der Beprobung von Menschen kann bei der Erfassung epidemiologischer Informationen

auf Erfahrungen aus Ausbruchsuntersuchungen oder größeren Beobachtungsstudien zurück-

gegriffen werden (Untersuchungen in Deutschland siehe z. B. German National Cohort

Consortium, 2014; EPIC: Slimani et al., 2007; KORA: Holle et al., 2005). In der Tiermedi-

zin gibt es bisher keine validierten Fragebögen für Bestandsuntersuchungen, so dass hier auf

einschlägige Erfahrungen von veterinärepidemiologischen Studien im Rahmen diverser

Zoonoseforschungsverbünde (u. A. FBI-Zoo (siehe http://www.fbi-zoo.net/), RESET (siehe

http://www.reset-verbund.de/)) sowie Erfahrungen am Institut für Biometrie, Epidemiologie

http://www.reset-verbund.de/

http://eurl-ar.eu/233-protocols.htm


und Informationsverarbeitung der Tierärztlichen Hochschule Hannover zurückgegriffen

werden soll.

Nach Möglichkeit sollten folgende epidemiologische Informationen erfasst werden:

- Art der Probengenerierung (aktiv: z. B. durch wissenschaftliche Studie oder Monito-

ring; passiv: z. B. aus Untersuchungen in Labor / Klinik)

Die Art der Probengenerierung sollte erfasst werden, um beurteilen zu können, ob es

sich dabei um eine repräsentative Stichprobe handelt oder nicht.

- Ort (geographisch) der Probennahme

Als Ort der Probennahme sollte mindestens das entsprechende Land angegeben wer-

den, da es sowohl bei epidemiologischen Faktoren wie den Haltungs- bzw. Lebensbe-

dingungen von Tieren und Menschen oder dem Antibiotikaeinsatz als auch bei den

Isolateigenschaften erhebliche regionale Unterschiede geben kann.

- Lokalisation der Probennahme (z. B. Krankenhaus, Betrieb, Schlachthof …)

Die Lokalisation der Probennahme ist entscheidend für die Bewertung von Expositi-

ons- und Transmissionspfaden.

- Datum der Probennahme

Da es zeitliche Trends, z. B. beim Antibiotikaeinsatz oder der Ausbreitung bestimmter

Bakterienstämme gibt, muss das Datum der Probennahme erfasst werden.

- epidemiologische Einheit (z. B. Mensch, Lebensmittel, Tier, Umwelt, …)

Die epidemiologische Einheit, z. B. Patienten von Intensivstationen, Fleischproben

oder mastschweinehaltende Betriebe, ist entscheidend für die Analyse der Ergebnisse.

- Alter der epidemiologischen Einheit (bei Mensch, Tier)

Die Art der Erfassung des Alters hängt von der Art der epidemiologischen Einheit

hab. Bei Broilern ist es sinnvoll das Alter in Tagen zu erfassen, bei Menschen eher in

Jahren. Bei einigen Nutztieren ist es üblich Altersstufen, z. B. Ferkel, Läufer, Mast-

schwein etc., zu unterscheiden.

- Nutzungsrichtung (bei Tieren)

Die Nutzungsrichtung gibt bei lebensmittelliefernden Tieren Auskunft über die Art

der Haltung.

- Art der Erkrankung (nur bei Proben von Patienten)

Aus der Art der Erkrankung, zusammen mit der Information zum Probenmaterial kann

man schließen, ob das Isolat mit der Erkrankung in Zusammenhang steht oder die Be-

probung unabhängig von der Erkrankung erfolgte.


- Probenmaterial (z. B. Blut, Urin, Kot / Stuhl, Abstriche von Oberflächen, Lebensmit-

tel, …)

Da die Prävalenz ESBL-produzierender Enterobacteriaceae von der Art des Proben-

materials abhängt (siehe Publikation II) und sich auch die Bakterienstämme in unter-

schiedlichen Probenmaterialien unterscheiden, ist es wichtig, diese Information mit zu

erfassen.

- Behandlung mit Antibiotika (bei Mensch, Tier)

Da die Behandlung mit Antibiotika zu den bedeutendsten Einflussfaktoren für das

Auftreten von Resistenzen gehört, sollten auch Informationen hierzu mit erfasst wer-

den.

- Ernährungs-/Fütterungsgewohnheiten (bei Mensch, Tier)

- Tierkontakte (bei Mensch, Tier)

Ernährung bzw. Fütterung und Tierkontakte stellten Expositionspfade mit ESBL-

produzierender Enterobacteriaceae dar (siehe Abbildung 1). Darüber hinaus hat die

Ernährung Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Darmflora und sollte daher

mit erfasst werden.

- Reisetätigkeit (bei Menschen)

- Kontakt zu oder Behandlung in medizinischen Einrichtungen (bei Menschen, Tieren)

- Handelsbeziehungen (bei landwirtschaftlichen Betrieben oder Schlachthöfen)

- Herkunftsbetrieb, ggf. Informationen zu Verarbeitung und Vertrieb (bei Lebensmit-

teln, Tieren).

Informationen zu Reisetätigkeiten, Kontakten zu medizinischen Einrichtungen, Han-

delsbeziehungen und Herkunftsbetrieben geben Aufschluss über epidemiologische

Zusammenhänge, Übertragungswege und Übertragungsrichtung.

3.4.3 Beschreibung der Erfassungstabelle zur strukturierten Extraktion von Daten

aus publizierten Studien

Aus der Bewertung der Relevanz verschiedener Transmissionswege (siehe Abschnitt 3.3)

wird deutlich, dass die relativen Risiken, die unterschiedliche Expositionsquellen zum Vor-

kommen von ESBL-produzierenden Enterobacteriaceae beim Menschen beitragen, immer

noch unklar sind. Um publizierte Studien besser vergleichen und übergreifend beurteilen zu

können, ist eine standardisierte Datenextraktion notwendig. Im Rahmen des für Publikati-

on I durchgeführten Reviews wurde eine strukturierte Erfassungstabelle entwickelt, mit de-

ren Hilfe alle relevanten Informationen aus publizierten Studien zu ESBL-produzierenden


Enterobacteriaceae extrahiert werden können (siehe Anhang A.2). Diese Erfassungstabelle

ist für die Extraktion von Daten aus Beobachtungsstudien an unterschiedlichen Populatio-

nen, aber auch unterschiedlichen Bakterienspezies oder Resistenzen anwendbar.

Zur strukturierten Extraktion von Daten aus publizierten Studien enthält die Erfassungsta-

belle 119 Felder aus acht Bereichen (siehe Tabelle 2), die im Folgenden näher beschrieben

werden.

Tabelle 2: Aufteilung der Datenfelder in der Erfassungstabelle auf verschiedene inhaltliche Abschnitte

Bewertungsbereich Anzahl Felder

Charakteristika der Studie 33

Angaben zur untersuchten Population 14

Isolation von Bakterienstämmen 12

ESBL Bestätigung 10

Phänotypische Resistenztestung 14

Tiefergehende Charakterisierung von Isolaten 19

Anzahl untersuchter und positiver (Proben, Individuen, Settings) 11

Status der Datenextraktion 6

Anzahl Felder 119

Zu Beginn der Datenextraktion werden Charakteristika der Studie erfasst, darunter Jahr der

Publikation, Erstautor und URL. Diese Informationen dienen der eindeutigen Identifikation

einer Publikation. In diesem Abschnitt kann, unter anderem, auch erfasst werden, was das

Ziel der Studie war, ob eine Stichprobenplanung durchgeführt wurde, oder um welches Stu-

diendesign es sich handelte (Abbildung 2).

Der nächste Abschnitt der Erfassungstabelle befasst sich mit Angaben zur untersuchten Po-

pulation. Da die Datenextraktion dem Vergleich von ESBL-produzierenden Enterobacteri-

aceae in unterschiedlichen Populationen dient, ist dies auch die Ebene, die einen Datensatz

definiert. Werden in einer Studie mehrere Populationen, z. B. Schweine und Schweinehalter

oder unterschiedliche Tierarten, untersucht, soll für jede Population ein Datensatz angelegt

werden, so dass pro Publikationen mehrere Untersuchungen dokumentiert werden können.

Bei der Studienpopulation wird dazu zuerst grob unterteilt, ob es sich um Tiere, Menschen,

ein bestimmtes "Setting" (z. B. Betriebe oder Krankenhäuser) oder Lebensmittel handelt.

Anschließend kann die Population genauer definiert werden, z. B. durch die Eingabe, um

welche Tierart es sich handelt, Nutzungsrichtung, ob Landwirte, Patienten oder Familien-

mitglieder beprobt wurden oder um welches Lebensmittel es sich handelt. Weiterhin kann

hier auch erfasst werden, welche Arten von Proben genommen wurden. Für die meisten


dieser Angaben stehen dazu vorgebebene Auswahllisten (Kataloge) zur Verfügung, um eine

standardisierte und gut auswertbare Datenerfassung zu gewährleisten.

In den anschließenden Datenfeldern können Informationen zur Isolation der Bakterien-

stämme aus dem Probenmaterial erfasst werden. Wesentliche Informationen sind hier, ob es

eine Anreicherung gab, wie diese erfolgte (selektiv oder nicht selektiv), und welcher Agar,

ggf. mit Zusätzen, verwendet wurde. Weiterhin kann hier festgehalten werden, Isolate wel-

cher Bakterienspezies in der jeweiligen Studie genauer untersucht wurden und mit welcher

Methode die Bakterienspezies bestimmt wurden.

Im folgenden Abschnitt kann erfasst werden, mit welchen Methoden die ESBL-Produktion

bestätigt wurde und welche ESBL-Gene untersucht und gefunden wurden. Anschließend

können Details zur phänotypischen Resistenztestung, den verwendeten Antibiotika und den

entsprechenden Ergebnissen eingegeben werden. Darüber hinaus kann erfasst werden, mit

welchen Methoden die Isolate tiefergehend charakterisiert wurden (siehe Abschnitt 1.2).

Weitere Kerninformationen, die in der Erfassungstabelle festgehalten werden können, sind

die Anzahl der untersuchten und positiven Settings (z.B. Betriebe), der einzelnen Individuen

(z.B. Tiere) und der Proben. Daraus werden automatisch die entsprechenden Prävalenzen

ermittelt (Abbildung 3).

Im letzten Abschnitt der Tabelle werden noch Informationen zur Datenextraktion erfasst.

Hierzu zählen, ob die Daten bereits vollständig extrahiert wurden, oder ob eine Rückfrage

an den Autor der jeweiligen Studie gestellt wurde. Die einzelnen Felder der Erfassungsta-

belle werden in Tabelle A.2 im Anhang im Detail beschrieben. Zur Veranschaulichung ist in

den Abbildung 2 und Abbildung 3 jeweils ein Ausschnitt aus der Erfassungstabelle darge-

stellt.


Abbildung 2: Ausschnitt aus der Erfassungstabelle zur Extraktion von Informationen aus publizierten Studien

(hier: Erfassungsbereich 'Charakteristika der Studie')

Abbildung 3: Ausschnitt aus der Erfassungstabelle zur Extraktion von Informationen aus publizierten Studien

(hier: Erfassungsbereich 'Anzahl untersuchter und positiver (Proben, Individuen, Settings)')


3.5 Fazit und abschließende Bemerkungen

Aus den Erfahrungen, die im Rahmen dieser Arbeit bei der populationsübergreifenden Be-

urteilung von Studienergebnissen gesammelt wurden, lassen sich folgende Schlussfolgerun-

gen ziehen.

Die aktuellen methodischen Fortschritte, speziell neueste Sequenzierungstechniken wie

"Next Generation Sequencing" und "Third Generation Sequencing" erlauben die umfassen-

de Charakterisierung von Isolaten. Dennoch ermöglicht erst die standardisierte Erfassung

und Integration mikrobiologischer und epidemiologischer Daten im Rahmen von epidemio-

logischen Studien ein umfassendes Verständnis der Transmissionswege ESBL-

produzierender Enterobacteriaceae. Daraus ergeben sich Forderungen, die trotz gegenwär-

tiger interdisziplinärer Forschung, z. B. im Rahmen des Forschungsverbundes RESET, noch

nicht vollständig erfüllt sind:

- Die Protokolle für die Untersuchung von Proben und Isolaten aus unterschiedlichen

Quellen sollten stärker harmonisiert werden. Dies umfasst sowohl die Protokolle für

Laboranalysen als auch die strukturierte bioinformatorische und statistische Analyse.

- Neben den Isolateigenschaften sollten auch epidemiologische Informationen zur Pro-

benherkunft gesammelt werden.

- Die Art und Weise der Datenerfassung und Berichterstattung in Publikationen sollte,

besonders bei Beobachtungsstudien, stärker standardisiert werden.

In der Eb(V)M werden bisher überwiegend klinische bzw. Interventionsstudien in übergrei-

fenden Analysen berücksichtigt (www.cochrane.de/de). In der veterinärepidemiologischen

Forschung überwiegen Beobachtungsstudien, bei denen Studienprotokolle und Berichter-

stattung wenig standardisiert sind. Eine stärkere Strukturierung und Standardisierung könnte

durch die Einführung eines Studienregisters für Beobachtungsstudien erreicht werden. Für

humanmedizinische klinische Studien ist eine Registrierung, z. B. über ClinicalTrials.gov,

schon seit über 15 Jahren Standard und vermehrt Voraussetzung für eine Publikation der

Ergebnisse. In einem Register für Beobachtungsstudien könnten Basisdaten zum Studiende-

sign, zur untersuchten Population, zur Laboranalyse, zur Definition des Outcomes und der

statistischen Analyse schon bei Studienbeginn festgehalten werden. Darüber hinaus würde

ein solches Register die Suche nach nicht publizierten Studien erleichtern und dadurch den

Selektionsbias in systematischen Reviews reduzieren. In der Humanmedizin gibt es seit

etwa 2010 Bestrebungen ein Register für Beobachtungsstudien einzuführen (Williams et.

al., 2010). Diese haben jedoch bisher zu keinem Ergebnis geführt, dass auch für veterinär-


epidemiologische Beobachtungsstudien anwendbar wäre. Damit sich ein Register für Be-

obachtungsstudien durchsetzt, müsste die Registrierung Voraussetzung für eine Publikation

der Studienergebnisse sein. Darüber hinaus sollten Editoren und Gutachter von wissen-

schaftlichen Zeitschriften noch stärker auf die Einhaltung von "Reportingstandards" achten

(von Elm et al., 2008).

Ein (passives) Register für Beobachtungsstudien mit einheitlichen Standards der Datener-

fassung könnte auch die Basis für ein aktives, populationsübergreifendes One-Health-

Monitoring darstellen. Im Rahmen einer WHO Projektgruppe (Advisory Group on In-

tegrated Surveillance of Antimicrobial Resistance, AGISAR) wird derzeit an der Entwick-

lung eines Protokolls zur integrierten Surveillance antibiotikaresistenter Bakterien gearbei-

tet. Darin sollen Minimalkriterien festgelegt werden, welche die übergreifende Beurteilung

internationaler Untersuchungen ermöglichen (AGISAR, 2016). Die von der AGISAR erar-

beiteten Elemente zur integrierten Surveillance entsprechen grundsätzlich den in Abschnitt

3.4 dieser Arbeit diskutierten Punkten.

Entsprechend AGISAR sollten folgende Elemente bei einer integrierten Surveillance antibi-

otikaresistenter Bakterien berücksichtig werden:

A Studienpopulation bzw. Probenquelle

B Untersuchte Bakterienspezies

C Stichprobenplan

D Methoden der Laboranalyse

E Datenmanagement, -analyse, -berichterstattung

Die populationsübergreifende Integration von Informationen ist essentiell für die Überwa-

chung der Verbreitung ESBL-produzierender Enterobacteriaceae und damit schlussendlich

für die Reduktion dieser Erreger und dem Schutz der menschlichen und tierischen Gesund-

heit.

4 Zusammenfassung 49

Zusammenfassung 4

Kaja Hille (2017)

Übergreifende Datenanalysen zum Vorkommen von Zoonoseerregern bei Tieren,

Lebensmitteln und Menschen unter Einbeziehung von epidemiologischen Faktoren

sowie phäno- und genotypischen Isolateigenschaften

Im Zentrum dieser Arbeit stehen Extended-Spektrum beta-Laktamase- (ESBL-) produzie-

rende Enterobacteriaceae, die zur großen Vielfalt der zoonotischen Erreger gehören. Bakte-

rien, die in der Lage sind Extended-Spektrum beta-Laktamasen zu produzieren, können Pe-

nicilline mit erweitertem Wirkspektrum bis hin zu Cephalosporinen der dritten und vierten

Generation und Monobactame hydrolysieren und sind dadurch gegen diese Antibiotika re-

sistent, was die Behandlungsmöglichkeiten bei Infektionen mit diesen Bakterien erheblich

reduziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Ergebnisse zu ESBL-produzierenden Entero-

bacteriacea aus verschiedenen Studien zusammengeführt.

Zum besseren Verständnis ESBL-produzierender Escherichia (E.) coli bei Nutztieren wur-

den zuerst ausgewählte europäische Studien, zum Vorkommen und den Risikofaktoren für

das Auftreten dieser Resistenzen in einem narrativen Review zusammengefasst. Insgesamt

konnte eine sehr hohe Prävalenz feststellt werden. Am höchsten waren die Prävalenzen bei

Broilern. Die Betriebssprävalenz lag bei 25-100 % und die Einzeltierprävalenz bei ca. 40 %.

Für schweinehaltende Betriebe schwanken die Ergebnisse zur Prävalenz sehr stark. So wur-

den Betriebsprävalenzen von 1 % bis 80 % und Einzeltierprävalenzen von 15 % bis 100 %

berichtet.

Die Prävalenzen Cefotaxim-resistenter E. coli in rinderhaltenden Betrieben in Deutschland

wurden im Rahmen einer gepoolten Analyse genauer untersucht. Dabei wurden die Daten

aus zwei Querschnittsstudien gemeinsam analysiert. Insgesamt wurden 60 Mastrinderhal-

tungen und 52 Milchrinderhaltungen untersucht. In 70 % bzw. 85 % dieser Betriebe wurden

Cefotaxim-resistente E. coli gefunden. Die Analyse potentieller Risikofaktoren ergab eine

Assoziation eines niedrigeren Anteils positiver Proben mit Faktoren, die auf eine weniger

intensive Haltung hindeuten. Faktoren, die für ein gutes Hygienemanagement stehen, waren

ebenfalls mit einem geringeren Anteil positiver Proben assoziiert. Bei mastrinderhaltenden


Betrieben war eine Behandlung der gesamten untersuchten Tiergruppe mit einem höheren

Anteil positiver Proben assoziiert.

Aus den Erfahrungen, die im Rahmen dieser Arbeit bei der populationsübergreifenden Be-

urteilung von Studienergebnissen gesammelt wurden, lassen sich drei wesentliche Schluss-

folgerungen ziehen: (1) Die Protokolle für die Untersuchung von Proben und Isolaten aus

unterschiedlichen Quellen sollten stärker harmonisiert werden. Dies umfasst Protokolle für

Laboranalyse sowie bioinformatorische und statistische Analyse. (2) Neben den Isolateigen-

schaften sollten auch epidemiologische Informationen zur Probenherkunft gesammelt

werden. (3) Die Art und Weise der Datenerfassung und Berichterstattung in Publikationen

sollte, besonders bei Beobachtungsstudien, stärker standardisiert werden. Die Umsetzung

dieser drei Punkte würde die Möglichkeiten der übergreifenden Analysen von Studiener-

gebnissen verbessern und damit der Erkenntnisgewinn vergrößert.

5 Summary 51

Summary 5

Kaja Hille (2017)

Comprehensive data analyses on the occurrence of zoonotic agents in animals, food,

and humans taking into consideration epidemiological factors as well as genotypic and

phenotypic isolate characteristics

This work focusses on extended spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Enterobacteri-

aceae which belong to the broad spectrum of zoonotic germs. Extended-spectrum β-

lactamases (ESBLs) are able to hydrolyse penicillins up to third- and fourth-generation

cephalosporins and monobactams and therefore confer resistance to these β-lactam antibiot-

ics. In this way, the treatment options are reduced when infections with ESBL-producing

bacteria occur. The objective of this thesis is to consolidate results of epidemiological stud-

ies on ESBL-producing Enterobacteriaceae in livestock.

To gain a better understanding of the ESBL epidemiology in livestock (poultry, cattle and

pig), selected European studies on the occurrence of ESBL-producing Escherichia (E.) coli

isolates and on the risk factors associated to the occurrence of such isolates were summa-

rised in a narrative review. In general, a high prevalence of ESBL-producing E. coli has

been reported in the different livestock. The highest prevalences were observed in broilers.

Prevalences of 25-100 % were reported in broiler farms, while individual animal prevalenc-

es were about 40 %. The reported prevalences for pig farms vary. In pig farms prevalences

of 1-80 % were reported, where as individual animal prevalences of 15-100% were found.

Prevalences of cefotaxime-resistant E. coli in cattle farms in Germany were examined more

closely within the framework of a pooled analysis. For this approach, data from two cross

sectional studies were jointly analysed. In total, 60 farms keeping beef cattle and 52 farms

keeping dairy cattle were investigated. Cefotaxim-resistant E. coli were found on 70 % and,

respectively, 85 % of these farms. The analyses of potential risk factors for the occurrence

of cefotaxim-resistant E. coli in the farms showed an association of a low proportion of pos-

itive samples with factors that indicate a less intense farming. Moreover, factors pointing

toward a good hygiene management were also associated with a lower proportion of posi-

tive samples. In farms keeping beef cattle, the antimicrobial treatment of groups of animals

was associated with a higher proportion of positive samples.


Three main conclusions can be drawn from the experiences gained by the comprehensive

evaluation of study results: (1) The protocols for the investigation of samples and isolates

from different sources need stronger harmonisation. This includes laboratory protocols as

well as bioinformatical and statistical analysis. (2) In addition to the characterisation of iso-

lates, also epidemiologic information on the origin of the samples should be collected as

well. (3) Data acquisition and reporting in publications, especially in case of observational

studies, should be more standardised. The implementation of these three points would facili-

tate the comprehensive evaluation of study results and thus increase the knowledge gain.

6 Literaturverzeichnis 53

Literaturverzeichnis 6

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rivers and lakes in switzerland. Applied and Environmental Microbiology. 2013; 79 (9):

3021–6.

Anhang 65

Anhang

A.1 Sequenztypen

Anhang Tabelle 1: Europäische Studien (von 2013-2016), in denen Sequenztypen bei ESBL-produzierenden

Isolaten von Schweinen und Menschen beschrieben wurden (Referenz fett: häufigster Sequenztyp in der be-

treffenden Studie)

Sequenztyp Schweine Mensch (Patienten)

ST1 García-Cobos et al., 2015


ST10 Fischer et al., 2017; García-Cobos et al., 2015; Ham-

merum et al., 2014; Ramos et al., 2013; Rodrigues et

al., 2013

Brolund et al., 2014, Gerhold et al., 2016; Leistner et

al., 2013; Nielsen et al., 2013; Pietsch et al., 2017

ST12 Brolund et al., 2014, Nielsen et al., 2013; Pietsch et al.,

2017

ST23 Ramos et al., 2013 Leistner et al., 2013

ST34 Rodrigues et al., 2013

ST38 García-Cobos et al., 2015 Brolund et al., 2014; Gerhold et al., 2016; Leistner et

al., 2013; Nielsen et al., 2013

ST46 Leistner et al., 2013

ST48 García-Cobos et al., 2015; Ramos et al., 2013 Leistner et al., 2013; Pietsch et al., 2017

ST56 Ramos et al., 2013

ST58 Hammerum et al., 2014; Ramos et al., 2013 Brolund et al., 2014, Gerhold et al., 2016

ST59 Nielsen et al., 2013

ST62 Brolund et al., 2014

ST68 Brolund et al., 2014; Pietsch et al., 2017

ST69 Brolund et al., 2014, Leistner et al., 2013; Nielsen et al.,

2013; Pietsch et al., 2017

ST73 Brolund et al., 2014, Leistner et al., 2013; Pietsch et al.,

2017


ST86 García-Cobos et al., 2015; Hammerum et al., 2014

ST88 García-Cobos et al., 2015 Leistner et al., 2013; Nielsen et al., 2013; Pietsch et al.,

2017


ST93 García-Cobos et al., 2015 Leistner et al., 2013; Pietsch et al., 2017

ST95 Pietsch et al., 2017

ST101 Ramos et al., 2013 Gerhold et al., 2016; Nielsen et al., 2013; Pietsch et al.,

2017





ST131

Brolund et al., 2014; Gerhold et al., 2016;

Leistner et al., 2013; Nielsen et al., 2013; Pietsch et

al., 2017;

ST141 Nielsen et al., 2013; Pietsch et al., 2017



ST165 Dohmen et al., 2015

ST167 Fischer et al., 2014; García-Cobos et al., 2015 Brolund et al., 2014; Nielsen et al., 2013

ST189 Hammerum et al., 2014


ST196 Fischer et al., 2017







ST227 Rodrigues et al., 2013

ST278 Fischer et al., 2017



ST354 Ramos et al., 2013 Pietsch et al., 2017


ST361 Brolund et al., 2014, Leistner et al., 2013; Pietsch et al.,

2017



ST372 Brolund et al., 2014; Leistner et al., 2013

ST393 Leistner et al., 2013; Pietsch et al., 2017





ST405 Brolund et al., 2014, Leistner et al., 2013; Nielsen et al.,

2013; Pietsch et al., 2017

ST410 Fischer et al., 2014; Fischer et al., 2017; García-Cobos

et al., 2015

Brolund et al., 2014; Gerhold et al., 2016; Leistner et

al., 2013; Nielsen et al., 2013; Pietsch et al., 2017


ST443 Nielsen et al., 2013; Pietsch et al., 2017


ST453 Dohmen et al., 2015; Fischer et al., 2017; García-Cobos

et al., 2015; Hammerum et al., 2014

Gerhold et al., 2016; Leistner et al., 2013; Pietsch et al.,

2017







ST617 Fischer et al., 2014 Brolund et al., 2014, Leistner et al., 2013; Pietsch et al.,

2017

ST624 Leistner et al., 2013; Nielsen et al., 2013


ST648 Brolund et al., 2014; Nielsen et al., 2013; Pietsch et al.,

2017

ST650


ST744 Dohmen et al., 2015; Hammerum et al., 2014



ST795





ST998 Brolund et al., 2014; Nielsen et al., 2013

Anhang 67
























SST2528 Ramos et al., 2013


ST2624



ST3171 Pietsch et al., 2017;













Anzahl

Referenzen 7 6


A.2 Beschreibung der Felder zur Extraktion von Daten aus publizier-

ten Studien

Anhang Tabelle 2: Beschreibung der Felder für ein strukturiertes Erfassungstabelle zur Extraktion von Daten

aus publizierten Studien

Section Field name Specifi-cation

Comment, conditi-on Notes

stu

dy

char

acte

rist

ics

ID <integer> Format: number (keine dez)

for the clear identification of the data set

year_publication <integer> Format: Date YYYY

1st_author <string> Format: Text

URL <string> Format: Text

language selection list List: language (German; English)

date_o_entry <datum> Format: Date 15. Jul. 2014

lit_database selection list List: lit_database optional

journal selection list List: journal

reference_type selection list List: reference_type

aim <string> Format: Text to deternine the primary outcome

prev_mentioned_as_outcome selection list List: ment_outcome study / reporting quality

sample_size_calculation <y/n> List: y_n study / reporting quality

response_reported <y/n> List: y_n study / reporting quality

response_rate <integer> Format: number XX.XX%

study / reporting quality

continent selection list List: continent

country selection list List: country (ISO alpha-3)

country in which samples were taken

region <string> Format: Text sampling regions within country

year_study_start <integer> Format: Date YYYY sart of sampling

year_study_end <integer> Format: Date YYYY end of sampling

study_design selection list List: study_design

sampling_method selection list List: sampli-nig_method

sampling_details <string> Format: Text e.g.: routine antimicrobial resistance monitoring (ARM)

risk_factors_collected <string> Format: Text

risk_factors_identified <string> Format: Text

sam

ple

(p

op

ula

tio

n)

sample source selection list List: sample_soure animal, human, set-ting/environment, food

species_type_animal selection list List: animal_species

animal_use selection list List: animal_use "Nutzungsrichtung"

human_population selection list List: human_ population

e.g. Farm worker, Family members, Pet owner, Slaugh-terhouse worker, Veterinari-an

contact to animals selection list List: animal_species To which animals has the population under study con-tact?

farm_type_o_setting selection list List: farm_setting e.g. farm, vet practice, slaughterhouse

age_stage selection list List: age_stage

Anhang 69



sex selection list List: sex

farm details <string> Format: Text

e.g.: single-sited farrow-to-finish production system; all-in all-out system; number of animals; …

food selection list List: food

donor_status selection list List: donor_status dead or alive

donor_health selection list List: donor_health healthy or diseased

sample_material selection list List: samp-le_material

notes_sample <string> Format: Text

Iso

lati

on

pooling of samples <y/n> List: y_n

pooling description <string> Format: Text

enrichment <y/n> List: y_n

enrichment_culture_medium <string> List: media

enrich_description <string> Format: Text

volume_applied <string> Format: Text

1st_agar selection list List: media

1st_agar_additives <string> Format: Text

culture_conditions <string> Format: Text

notes isolation <string> Format: Text

species_confirmation selection list List: species_conf method for bacterial species confirmation

bacterial_species selection list List: bac_species

iden

tifi

cati

on

ESB

L

ESBL_screening <string> Format: Text

definition_pos <string> Format: Text What does the number of positive findings refere to?

ESBL_confirmation selection list List: ESBL_conf

notes_ESBL_conf <string> Format: Text e.g.: selected isolates, …

control strains selection list List: control_strains

No_isolates_res_genes count Format: number (keine dez)

number of Isolates which have been tested for re-sistance genes

resistance_genes_tested selection list List: res_genes

method_resistance_gene_test selection list List: ESBL_conf

resi_genes_present <string> Format: Text

notes_resistance_genes <string> Format: Text e.g.: selected isolates, …

susc

epti

bili

ty t

esti

ng

No_isolates_suscept_test count Format: number (keine dez)

number of Isolates which have been tested antimicro-bial sysceptibility

method_susceptibility_testing selection list List: me-thod_susceptibility

cut-off_o_breakpoint selection list List: cut-of_bp which criteria where applied

notes_breakpoint <string> Format: Text

notes_suscept_testing <string> Format: Text further details

AMs_tested_concentration <string> Format: Text; Name AMs: see list: AM_abbr; AM_name; AM_class

AM_concentration selection list List: AM_concentr

notes_AM_concentration <string> Format: Text which concentrations were applied




resistances <string> Format: Text which resistances were ob-served

MICs_tested <y/n> List: y_n were minimum inhibitory concentrations (MIC) testet

MICs given <y/n> List: y_n were minimum inhibitory concentrations (MIC) report-ed

SIR given <y/n> List: y_n were interpretations (suscep-tible, intermediate, resistant) reported

MDR <string> Format: Text Was multi drug resistance reported

notes_res_test <y/n> List: y_n

iso

late

ch

arac

teri

sati

on

No_isolates_trans_plasmidcharac

count Format: number (keine dez)

number of isolates which have been characterised

phylogenetic_group_tested selection list List: phylo_group was phylogenetic group tested

me-thod_phylogenetic_group_testing

selection list List: ESBL_conf which method was applied to test the phylogenetic group

Ecoli_phylogroup <string> Format: Text which phylogenetic groups were identified

serogroupe <string> Format: Text

ST_type <string> Format: Text

clonality_tested <y/n> List: y_n

integrons_tested <y/n> List: y_n

plasmid_replicon_typing <y/n> List: y_n

reuslts_plasmid_replicon_type <string> Format: Text

transformation_tested <y/n> List: y_n

result_transf <string> Format: Text

conjugation_tested <y/n> List: y_n

plasmid_characterisation <y/n> List: y_n

hybridisation_tested <y/n> List: y_n

virulence_genes_tested <y/n> List: y_n

methods_virulence_genes selection list List: ESBL_conf

result_virulence_genes <string> Format: Text

notes_character <string> Format: Text details strain characterisation

resu

lts

pre

vale

nce

samp-led_settings_environments

count Format: number (keine dez)

settings (environment)

pos_settings_environments count Format: number (keine dez)


samples_per_setting count Format: number (keine dez)


prevalence_settings formula Format: number (keine dez)


sampled_indiv count Format: number (keine dez)

individuals e.g.: animals, humans, …

pos_indiv count Format: number (keine dez)


prevalence_indiv formula Format: number (keine dez)


other_samples count Format: number sample level

Anhang 71



(keine dez)

pos_other_samples count Format: number (keine dez)

sample level

prevalence_other_samples formula Format: number (keine dez)

sample level

germ_concentration <string> Format: Text

stu

dy

char

acte

rist

ics

notes_results <string> Format: Text

stat_methods <string> Format: Text

limitations_reported <string> Format: Text

limitations_not_reported <string> Format: Text

no-tes_discussion_study_author

<string> Format: Text

notes_reviewer <string> Format: Text

connected_publications <string> Format: Text

financing selection list List: financing study / reporting quality

conflict_of_interest selection list List: conf_o_interest study / reporting quality

revi

ewin

g p

roce

ss

reviewer selection list List: reveiwer name oft the person that did review and data extraction

read_full_text <y/n> List: y_n

references_checked <y/n> List: y_n

data_extraction_completed <y/n> List: y_n

enquiry_to_authors <string> Format: Text

exclusion_rationale <string> Format: Text reason for exclusion

A.2.1 Verwendete Auswahllisten


Anhang 73


Anhang 75


A.2.2 Mehrfachauswahl in MS Excel

Um bei der Verwendung von Klapplisten in MS Excel eine Mehrfachauswahl zu ermögli-

chen, muss unter Excel Entwicklertools "Visual Basic for Applications" ein entsprechender

Code eingefügt werden. Zur Eingabe des Codes gelangt man über die Registerkarte "Ent-

wicklertools"/"Code". Die Registerkarte "Entwicklertools" muss zuvor über Datei/Optionen

aktiviert werden.

Anhang 77


Danksagung

An erster Stelle gilt mein ganz besonderer Dank Herrn Prof. Dr. Lothar Kreienbrock für die

hervorragende Begleitung und Betreuung auf meinem langen und teilweise verschlungenen

Weg zur Fertigstellung meiner Doktorarbeit. Darüber hinaus möchte ich ihm besonders

dafür danken, dass es immer möglich war eigene Ideen einzubringen und offene Diskussion

zu führen.

Herrn Prof. Dr. Blaha und Herrn Prof. Dr. Rösler Danke ich für die fachliche Betreuung

und Begutachtung meiner Doktorarbeit.

Ein extra großer Dank geht an all meinen Kolleginnen und Kollegen am Institut für

Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung dafür, dass sie mir immer mit Rat

und Tat zur Seite gestanden und durch die abwechslungsreichen Gespräche in unseren Mit-

tagsrunden immer wieder neue Kraft verliehen haben.

Beim Bundesministerium für Bildung und Forschung bedanke ich mich für die finanzielle

Unterstützung im Rahmen des Forschungsverbundes RESET (Förderkennzeichen, 2010-

2013: 01KI1313A; 2014-2016: 01KI131A).

Die Projektpartner im Forschungsverbund RESET sind in den vergangenen sechs Jahren

nicht nur zu Kollegen sondern zum Teil auch zu Freunden geworden. Neben ihrem wissen-

schaftlichen Beitrag zu meiner Doktorarbeit hatten diese Kollegen immer ein offenes Ohr

für fachliche Fragen. Die vielen positiven Erfahrungen, die ich in dieser Kooperation

gesammelt habe, werden auch zukünftige Projekte beeinflussen.

Diese Arbeit wäre ohne den konstanten Rückhalt, den ich durch meine Familie erfahren

habe, nicht möglich gewesen. Mein besonderer Dank gilt dabei meinem Freund

Joachim Plank dafür, dass er unserem Sohn Severin ein so liebevoller und fürsorglicher

Vater ist und ich so die Zeit für meine wissenschaftliche Arbeit hatte.

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Übergreifende Datenanalysen zum Vorkommen von ... · Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung Übergreifende Datenanalysen