Genombasierte und funktionelle Analysen von Extended-Spectrum ß-Lactamases (ESBL)- und AmpC-bildenden Escherichia coli Isolaten verschiedener Herkunft

Pietsch, Michael

In den letzten Jahren konnte weltweit ein Anstieg von Extended-Spectrum ß-Lactamase (ESBL)-bildenden Escherichia coli im humanmedizinischen Bereich beobachtet werden, aber auch bei verschiedenen Tierarten, in der Umwelt und in Lebensmitteln wurden ESBL- sowie auch AmpC ß-Laktamase-bildende E. coli identifiziert. Das Vorkommen verschiedener Resistenzreservoire, sowie die häufige Lokalisation von ESBL-Genen auf Plasmiden, bergen das Potential für eine Verbreitung der Resistenzdeterminanten, beispielsweise entlang der Lebensmittelkette. Diese Dissertation hatte daher zum Ziel die Populationszusammensetzung ESBL- und AmpC-bildender E. coli aus Deutschland zu charakterisieren um Aussagen über ein mögliches Transferpotential zu treffen. Die Populationszusammensetzung von ESBL-bildenden E. coli Isolate aus nosokomialem und ambulanten Hintergrund sowie der gesunden Bevölkerung in Deutschland wurde anhand von 529 Isolaten untersucht. Die phylogenetische Analyse zeigte einen hohen Anteil des weltweit dominanten, human-spezifischen E. coli Klons vom Sequenztyp (ST)131 im Krankenhaus und ambulanten Bereich, und lag damit deutlich höher als in der Bevölkerung. Weiterhin wurden E. coli ST410, ST10, ST38 und ST69, welche regelmäßig als ESBL-Bildner bei Nutztieren und Lebensmitteln nachgewiesen wurden, identifiziert. In der zweiten Studie wurde untersucht ob es zu einer Sektor-übergreifende Transmission von AmpC-(CMY-2)-bildenden E. coli entlang der Lebensmittelkette kommt. Hierfür wurden 164 CMY-2-bildende E. coli von Menschen, Nutztier und Lebensmitteln Ganzgenom-sequenziert und phylogenetisch analysiert. In allen Populationen wurden identische blaCMY-2-tragende IncK2 und IncI1 Plasmide in einer Vielzahl klonaler E. coli Linien, unter anderem auch ST131, identifiziert. Die Ergebnisse deuteten auf horizontalen Gentransfer als Hauptursache für die Verbreitung der AmpC ß-Laktamase CMY-2 zwischen Mensch, Tier und Lebensmittel in Deutschland hin. Da horizontaler Gentransfer bei der Verbreitung von Antibiotikaresistenzen eine elementare Rolle spielt, wurden in der dritten Studie die Auswirkungen des Erwerbs eines Resistenzgen-tragenden Plasmids und nachfolgende Anpassungsmechanismen an das Wirtsbakterium untersucht. Die Untersuchungen zeigten, dass dies nur unter Umständen zu einem Fitnessverlust für das Wirtsbakterium führt und erworbene Fitnesskosten zudem innerhalb weniger Generationen durch kompensatorische Effekte ausgeglichen werden können.

In recent years, an increase in Extended-Spectrum ß-Lactamases (ESBL)-producing Escherichia coli has been observed worldwide in human medicine. Additionally, ESBL- and AmpC ß-lactamase-producing E. coli have also been identified in various animal species, the environment and in food. The occurrence of different resistance reservoirs, as well as the frequent localization of ESBL genes on plasmids, bears potential for the spread of resistance determinants, for example along the food chain. The aim of this dissertation was to characterize the population structure of ESBL- and AmpC-producing E. coli from Germany to assess the potential of a possible resistance transfer. The population structure of ESBL-producing E. coli isolates from hospitalized patients and outpatients as well as healthy personsof the general population in Germany was investigated using 529 isolates. Phylogenetic analysis revealed a high percentage of the worldwide predominant, human-specific E. coli clone of the sequence type (ST)131 in hospitalized patients and outpatients, and was considerably higher than in the general population. Furthermore, E. coli of the lineages ST410, ST10, ST38 and ST69, which were regularly detected as ESBL formers in farm animals and food, were identified in frequent occurrence. In a second study, a possible cross-sectoral transmission of AmpC-(CMY-2)-forming E. coli along the food chain was investigated. For this purpose, 164 CMY-2-producing E. coli from humans, livestock and food were sequenced and phylogenetically analyzed. In all populations identical blaCMY-2-carrying IncK2 and IncI1 plasmids were identified in a variety of clonal E. coli lineages, including ST131. The results pointed to horizontal gene transfer as the main cause for the distribution of AmpC ß-lactamase CMY-2 between humans, animals and animal food products in Germany. Since horizontal gene transfer plays an elementary role in the spread of antibiotic resistance, a third study investigated the effects of the acquisition of a resistance gene carrying plasmid and subsequent adaptation mechanisms to the host bacterium. The investigations showed that the acquisition of such a plasmid leads to a loss of fitness for the host bacterium just under certain circumstances and that acquired fitness costs can be compensated within a few generations.

Cite

Citation style:

Pietsch, Michael: Genombasierte und funktionelle Analysen von Extended-Spectrum ß-Lactamases (ESBL)- und AmpC-bildenden Escherichia coli Isolaten verschiedener Herkunft. 2019.

Access Statistic

Total:
Downloads:
Abtractviews:
Last 12 Month:
Downloads:
Abtractviews:

show details

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export