Bibliografische Informationen der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen
Nationalbibliografie;
Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
1. Auflage 2011
© 2011 by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen
Printed in Germany
ISBN 978-3-86345-0
Verlag: DVG Service GmbH Friedrichstraße 17
35392 Gießen 0641/24466 geschaeftsstelle@dvg.net
www.dvg.net 31-1
Tierärztliche Hochschule Hannover
Untersuchungen zur Intraherdenprävalenz von methicillin-resistenten Staphylococcus aureus
(MRSA) in Schweinebeständen in Süddeutschland
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin
der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Susanne Kathrin Fischer
aus Landshut
Hannover 2011
Wissenschaftliche Betreuung: 1. Prof. Dr. Thomas Blaha
Außenstelle für Epidemiologie, Bakum 2. Dr. Diana Meemken
Außenstelle für Epidemiologie, Bakum
1. Gutachter: Prof. Dr. Thomas Blaha
2. Gutachter: Prof. Dr. Günter Klein
Tag der mündlichen Prüfung: 19. Mai 2011
Die vorliegende Arbeit war Teil des Verbundvorhabens „MRSA-Problematik in Nutztierbeständen“ und wurde von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung finanziert. Sie wurde unterstützt vom Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit.
Überall Bakterien!
Nee, ich sag schon! von Bakterien Hat man früher nischt jewußt.
Da war’s Essen noch ’ne Freude Und det Trinken war ’ne Lust.
Aber seit man die Bazillen Und dergleichen Zeugs erfund,
Is der Mensch total geliefert, Alles is jetzt unjesund.
…
Nee, ick sag schon! Von dem Leben Hat man nischt als wie Verdruß, Weil man die verfluchten Dinger Immerzu verschlucken muß!
Alle Dage muß man lesen, Wie det Kleinzeug uns bedroht,
Und wir jroßen Lebewesen Fallen um – schwapp – mausedot!
(Alexander Moszkowski, 1887)
Inhaltsverzeichnis V
Inhaltsverzeichnis
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS X
1. EINLEITUNG 1
2. LITERATURÜBERSICHT 3
2.1. Taxonomische Einordnung und wesentliche Charakteristika von Staphylococcus
aureus 3
2.2. Bedeutung von Staphylococcus aureus als Krankheitserreger 4 2.3. Pathogenitätseigenschaften von Staphylococcus aureus 5
2.4. Resistenz von Staphylococcus aureus 6
2.4.1. Allgemeine Resistenzsituation 6
2.4.2. Resistenz gegen ß-Laktam-Antibiotika 7
2.4.2.1. Aufbau des Mureins und Wirkungsweise von ß-Laktam-Antibiotika 7
2.4.2.2. Grundlagen der Isoxazolyl-Penicillin-Resistenz 8
2.4.2.3. Molekulargenetische Grundlagen der PBP2a-Expression 9
2.4.2.4. Regulation von mecA 9
2.5. Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA) 10
2.5.1. Nachweismethoden für MRSA 10
2.5.1.1. Kulturelle Methoden 10
2.5.1.2. Molekularbiologische Nachweis- und Differenzierungsmethoden 11
2.5.1.2.1. Nachweis des mecA-Gens 11
2.5.1.2.2. SCCmec-Sequenzierung 11
2.5.1.2.3. spa-Typisierung 12
2.5.1.2.4. Multi Locus Sequenztypisierung (MLST) 12
2.5.1.2.5. Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE) 12
2.5.2. Vorkommen und Einteilung beim Menschen 13
2.5.2.1. hospital acquired MRSA (ha-MRSA) 13
2.5.2.2. community acquired MRSA (ca-MRSA) 14
2.5.2.3. livestock associated MRSA (la-MRSA) 16
2.5.3. Bedeutung und Vorkommen von MRSA beim Menschen 17
2.5.3.1. Gesunde Personen 18
2.5.3.2. Immunsupprimierte Personen und Personen mit Risikofaktoren 18
2.5.3.3. Menschen mit Kontakt zu Kleintieren 19
2.5.3.4. Menschen mit beruflichem Kontakt zu landwirtschaftlichen Nutztieren 20
2.5.4. Bedeutung und Vorkommen von MRSA beim Tier 22
2.5.4.1. Kleintiere 22
2.5.4.2. Pferde 24
2.5.4.3. Wiederkäuer 25
2.5.4.4. Schweine 26
2.5.4.4.1. Schweineproduktion in Bayern 30
2.5.4.5. Geflügel 33
2.5.4.6. Wildtiere 33
2.5.5. Bedeutung und Vorkommen von MRSA in Umgebungsproben 34
Inhaltsverzeichnis VI
3. MATERIAL UND METHODEN 37
3.1. Das Verbundprojekt 37
3.2. Der zweistufige Projektaufbau 40
3.2.1. Die Querschnittstudie 40
3.2.2. Die Longitudinalstudie in ausgewählten Schweinemastbeständen 42
3.2.2.1. Bestand 61 43
3.2.2.2. Bestand 62 44
3.2.2.3. Bestand 66 45
3.2.2.4. Bestand 67 46
3.2.2.5. Probenentnahmeplan für die Longitudinalstudie 47
3.2.3. Die Longitudinalstudie in ausgewählten Schweinezuchtbeständen 48
3.2.3.1. Bestand 63 48
3.2.3.2. Bestand 64 50
3.2.3.3. Bestand 65 51
3.2.3.4. Probenentnahmeplan für die Longitudinalstudie 53
3.3. Die Datenerhebung anhand eines spezifisch erarbeiteten Fragebogens 55
3.4. Probenentnahme und Transport 55
3.4.1. Tupferproben am Tier 55
3.4.1.1. Nasentupfer 56
3.4.1.2. Vaginaltupfer 56
3.4.1.3. Gesäugetupfer 56
3.4.1.4. Perianaltupfer 56
3.4.2. Umgebungsproben 57
3.4.2.1. Staubproben 57
3.4.2.2. Sockentupfer 57
3.4.2.3. Sammelkotprobe 57
3.4.2.4. Spielzeug und Tränkenippel 58
3.4.2.5. Sedimentationsstaub 58
3.4.3. Probentransport 59
3.5. Bakteriologische Untersuchungen 59
3.5.1. Anzucht und Isolierung von methicillin-resistentem Staphylococcus aureus 59
3.5.1.1. aus Staubproben 59
3.5.1.2. aus Nasentupfern 60
3.5.1.2.1. Einzeltupferproben 60
3.5.1.2.2. Pooltupfer 61
3.5.1.3. aus Vaginaltupfern 61
3.5.2. Biochemische Überprüfung der Isolate 61
3.5.2.1. Katalase-Test 61
3.5.2.2. Oxidase-Test 61
3.5.2.3. Koagulase-Test 62
3.5.2.4. Hämolyseverhalten 62
3.5.3. Stammasservierung 63
3.6. Molekularbiologische Differenzierung der Isolate 63
3.6.1. Beschreibung der Methode 63
3.6.2. Extraktion bakterieller DNA aus Staphylococcus aureus 64
3.6.3. Herstellung des MasterMix 64
3.6.4. Referenzmaterial 65
3.6.5. Extraktions- und Amplifikationskontrolle 65
Inhaltsverzeichnis VII
3.6.6. Durchführung der PCR 65
3.6.7. Durchführung der Gelelektrophorese 66
3.6.7.1. Herstellung des Agarosegels 66
3.6.7.2. Elektrophoreseverlauf 67
3.6.7.3. Gelfärbung 68
3.6.8. Auswertung 68
3.7. Statistische Auswertung 69
4. ERGEBNISSE 71
4.1. Auswahl der Bestände der Querschnittstudie 71
4.2. Ergebnisse der Querschnittsstudie 72
4.2.1. Staubproben 72
4.2.2. Poolproben 72
4.3. Ergebnisse der Longitudinalstudie 73
4.3.1. Prävalenz von MRSA bei Tieren aus unterschiedlichen Betriebsarten 73 4.3.2. Prävalenz von MRSA bei Tieren unterschiedlicher Altersklassen 74 4.3.3. Prävalenz von MRSA an unterschiedlichen Beprobungszeitpunkten 75
4.3.3.1. Umgebungsproben 75
4.3.3.1.1. Mast 75
4.3.3.1.2. Zucht 76
4.3.3.2. Tierproben 76
4.3.3.2.1. Mast 76
4.3.3.2.2. Zucht 77
4.3.4. Verlauf in den einzelnen Beständen im ersten Beprobungsdurchgang 80
4.3.4.1. Mast 80
4.3.4.1.1. Bestand 61 80
4.3.4.1.2. Bestand 62 81
4.3.4.1.3. Bestand 66 82
4.3.4.1.4. Bestand 67 83
4.3.4.2. Zucht 84
4.3.4.2.1. Bestand 63 84
4.3.4.2.2. Bestand 64 86
4.3.4.2.3. Bestand 65 87
4.3.5. Verlauf in den einzelnen Beständen nach Durchführung einer
Interventionsmaßnahme 88
4.3.5.1. Mast 88
4.3.5.1.1. Bestand 61 88
4.3.5.1.2. Bestand 62 90
4.3.5.1.3. Bestand 66 91
4.3.5.1.4. Bestand 67 92
4.3.5.2. Zucht 93
4.3.5.2.1. Bestand 63 93
4.3.5.2.2. Bestand 64 94
4.3.5.2.3. Bestand 65 96
4.3.6. Wechselseitige Beeinflussung des MRSA-Status zwischen Sauen und Ferkeln 97 4.3.6.1. Einfluss des MRSA-Status der Sauen auf die Ergebnisse der Ferkel bei der
Geburt 98
4.3.6.2. Einfluss des MRSA-Status der Sauen auf die Ergebnisse der Ferkel beim
Absetzen 99
4.3.7. Einfluss des MRSA-Nachweises bei Ferkeln auf die nachfolgenden Untersuchungen 99
Inhaltsverzeichnis VIII
4.3.7.1. Einfluss von MRSA-Nachweisen bei Ferkeln unmittelbar nach der Geburt auf die
Ergebnisse beim Absetzen 99
4.3.7.2. Einfluss von MRSA-Nachweisen bei Ferkeln beim Absetzen auf die Ergebnisse am
Ende der Flatdeckphase 100
4.3.7.3. Vergleich der MRSA-Prävalenzen der Ferkel in Bezug auf die
Beprobungszeitpunkte 101
4.3.8. Vergleich des MRSA-Nachweises zwischen Nasen- und Vaginaltupfern bei Sauen 102
4.3.9. Prävalenz von MRSA in den Zusatzproben 103
4.3.9.1. Spielzeuge und Tränkenippel 103
4.3.9.2. Sammelkot 104
4.3.9.3. Sockentupfer 104
4.3.9.4. Sedimentationsstaub 106
4.4. Einfluss antibiotischer Substanzen 107
4.4.1. Mastbestände 107
4.4.2. Zuchtbestände 108
5. DISKUSSION 110
5.1. Bestandsprävalenz 110
5.2. Prävalenz nach Haltungsform 111
5.3. Prävalenz an verschiedenen Beprobungszeitpunkten 112
5.3.1. Mast 112
5.3.2. Zucht 115
5.3.2.1. Ferkel 115
5.3.2.2. Sauen 117
5.4. Zusammenhang zwischen Kolonisationsstatus der Sau und Kolonisationsstatus der
Ferkel 119
5.5. Dynamik der nasalen Kolonisation 120
5.6. Vergleich der MRSA-Nachweise durch Nasen- und Vaginaltupfer 121 5.7. Einfluss verschiedener durchgeführter Interventionsmaßnahmen auf den Nachweis
von MRSA 122
5.8. Einfluss antibiotischer Substanzen auf den Nachweis von MRSA 125
5.9. Prävalenz von MRSA in Umgebungsproben 127
5.10. Prävalenz von MRSA in den Zusatzproben 129
6. SCHLUSSFOLGERUNGEN 131
7. ZUSAMMENFASSUNG 133
8. SUMMARY 135
LITERATURVERZEICHNIS 137
Inhaltsverzeichnis IX
TABELLENVERZEICHNIS 160
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 162
ANHANG 164
Anhang 1: Stammdatenblatt 164
Anhang 2: Fragebogen Erstbesuch 165
Anhang 3: wiederkehrender Fragebogen 170
Anhang 4: Handout für Landwirte 171
Anhang 5: verwendete Nährmedien 175
Anhang 6: verwendete Nachweis-Reagenzien 177
Anhang 7: Puffer aus eigener Herstellung 179
Anhang 8: Effektive Mikroorganismen 180
DANKSAGUNG 181
Abkürzungsverzeichnis X
Abkürzungsverzeichnis
MRSA methicillin-resistenter Staphylococcus (S.) aureus
NT-MRSA non-typeable methicillin-resistenter Staphylococcus aureus ha-MRSA hospital-acquired methicillin-resistenter S. aureus
ca-MRSA community-acquired methicillin-resistenter S. aureus la-MRSA livestock-associated methicillin-resistenter S. aureus MSSA methicillin-sensibler Staphylococcus aureus CNS Coagulase-negative Staphylokokken
BLE Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung BfR Bundesinstitut für Risikobewertung
CVUA OWL Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Ostwestfalen- Lippe
EFSA European Food Safety Authority
CDC Centers for Disease Control and Prevention
TP Teilprojekt
TBI Tierbehandlungsindex
DNA Desoxyribonucleic Acid
RNA Ribonucleic Acid
PCR Polymerase Chain Reaction
PBP Penicillin-bindendes Protein
SCCmec staphylococcal cassette chromosome mec spa Staphylococcus aureus Protein A
PFGE Pulsfeldgelelektrophorese MLST Multi Locus Sequenztypisierung
ST Sequenztyp
PVL Panton-Valentine-Leukozidin
Abkürzungsverzeichnis XI
EDTA Ethylendiamintetraessigsäure TE-Puffer Tris-EDTA-Puffer
TAE-Puffer Tris-Acetat-EDTA-Puffer
HCl Salzsäure
NaCl Natriumchlorid (Kochsalz)
MBp Megabasenpaare
kBp Kilobasenpaare
µm Mikrometer
nm Nanometer
mm Millimeter
cm Zentimeter
m Meter
mg Milligramm
g Gramm
kg Kilogramm
ml Milliliter
µl Mikroliter
pmol/µl Pikomol pro Mikroliter mg/l Milligramm pro Liter
cm² Quadratzentimeter
cm³ Kubikzentimeter
m³ Kubikmeter
Mio. Millionen
Einleitung 1
1 Einleitung
Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) stellen in der Humanmedizin als Erreger nosokomialer Infektionen seit Jahrzehnten ein nicht zu unterschätzendes Risiko für die menschliche Gesundheit dar. In Krankenhäusern und Pflegeheimen sind sie oftmals verantwortlich für Wundinfektionen und postoperative Komplikationen mit teilweise letalem Ausgang.
Eine ähnliche Situation ergibt sich auch in der Veterinärmedizin. Vor allem in Pferde- und Kleintierkliniken wird vermehrt über das Auftreten MRSA-vermittelter postoperativer Wundinfektionen bei hospitalisierten Tieren berichtet, was einerseits zu verlängerten Klinikaufenthalten und andererseits wegen der eingeschränkten Behandlungsoptionen zu mangelhaften Therapieerfolgen führt.
Anders stellt sich die Situation bei landwirtschaftlichen Nutztieren dar. Hier wird seit dem Jahr 2005 vor allem bei Schweinen vermehrt über eine symptomlose Besiedlung der Schleimhäute mit MRSA des Sequenztyps (ST) 398 berichtet. Dieser aufgrund seines hauptsächlichen Vorkommens bei landwirtschaftlichen Nutztieren als livestock-associated MRSA (laMRSA) bezeichnete Stamm besitzt die Fähigkeit auch bei Menschen sowohl als symptomloser Besiedler als auch als Infektionserreger zu fungieren.
Die offensichtliche Häufung von MRSA dieses Typs bei Schweinen wie bei Personen mit Kontakt zu diesen Tieren sowie die generelle Fähigkeit des Erregers auch andere Spezies zu infizieren und als multiresistenter Hospitalismuskeim zu agieren, macht es notwendig, gezielte Untersuchungen zur Epidemiologie dieses Keims bei Schweinen wie auch beruflich exponierten Personen durchzuführen, um sein mögliches zoonotisches Potential abschätzen zu können.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Grundlagen zum Infektions- und Besiedlungsverlauf bei Schweinen in Ferkelerzeugerbetrieben sowie die Erforschung des Verlaufs der Kolonisierung und der Besiedlungsdynamik in Schweinemastbeständen unter besonderer Berücksichtigung der bayerischen landwirtschaftlichen Strukturen in der Schweinproduktion. Die Ergebnisse stellen dann einen wichtigen Beitrag für die durch das Bundesinstitut für Risikobewertung
Einleitung 2
(BfR) zu erstellende Risikobewertung der MRSA-Kolonisierung von Hausschweinen dar. Außerdem sollen Ansätze für effiziente Kontroll- und Bekämpfungsmaßnahmen von MRSA bei Schweinen geliefert werden.
Literaturübersicht 3
2. Literaturübersicht
2.1 Taxonomische Einordnung und wesentliche Charakteristika von Staphylococcus aureus
Bakterien der Gattung Staphylococcus gehören zur Familie der Micrococcaceae. Zur Zeit sind 72 verschiedene Spezies beschrieben (www.dsmz.de). Es handelt sich dabei um unbewegliche, grampositive Kugelbakterien mit einem Durchmesser von 0,5 - 1,5 µm. Sie wachsen fakultativ anaerob und bilden keine Sporen. Ihr Gattungsname „Staphylococcus“ stammt von dem griechischen Wort „staphylé“ für Weintraube und weist auf ihre im mikroskopischen Bild sichtbare Lagerung als traubenförmige Haufen hin. Sie bilden keine Dauerformen, gehören aber dennoch zu den widerstandsfähigsten nicht sporenbildenden Bakterien (SELBITZ, 2007).
Staphylokokken sind anspruchslos und wachsen auf fast allen Nährmedien, auch in Gegenwart von bis zu 10% Kochsalz in einem Temperaturbereich von 18 – 40°C.
Staphylococcus aureus bildet auf Schafblutagar nach 18 bis 24stündiger Bebrütung weiß bis gold-gelb pigmentierte Kolonien, die zur Benennung dieser Spezies geführt haben. Verursacht wird diese gold-gelbe Färbung durch karotinhaltige Pigmente, die als Licht- und UV-Schutz dienen (SELBITZ, 2007; BECKER und PETERS, 2009).
Das Genom von Staphylococcus aureus besitzt eine Größe von ca. 2,8 MBp (HOLDEN et al., 2004).
Staphylokokken bilden ein eisenhaltiges Enzym, die Katalase, die sie als wichtiges Merkmal von den Streptokokken abgrenzt. Des Weiteren bilden einige Staphylokokken-Spezies (Staphylococcus aureus und Staphylococcus intermedius) das Enzym Plasmakoagulase, mit dem sie die Umwandlung von Fibrinogen zu Fibrin im Blut verschiedener Säugerspezies bewirken. Beide Enzyme können bei der biochemischen Differenzierung ausgenutzt werden (BECKER und PETERS, 2009).
Literaturübersicht 4
2.2 Bedeutung von Staphylococcus aureus als Krankheitserreger
Staphylococcus aureus ist weltweit verbreitet und gehört zu den physiologischen Besiedlern von Haut, Hautdrüsen und Schleimhäuten bei Mensch und Tier (HARTMANN, 1978). Bei gesunden Schweinen kann er auf der Hautoberfläche, in der Maulhöhle, im oberen Respirationstrakt, auf der Vaginal- und Präputialschleimhaut sowie im Darm nachgewiesen werden (TAYLOR, 2006). Als ökologische Nische wird der Nasenvorhof angesehen (KLUYTMANS et al., 1997). Da es sich bei Staphylococcus aureus jedoch um einen fakultativ pathogenen Keim handelt, kann er bei begünstigenden Umständen (z. B. Immunsuppression, Hygienemängel) eine lokale oder systemische Erkrankung auslösen, die bis zum Tode führen kann. Dabei handelt es sich jedoch meist um Einzeltiererkrankungen, wie neonatale Septikämie durch Nabelentzündungen bei Saugferkeln oder Mastitis und Metritis bei Sauen (TAYLOR, 2006). Beim Menschen kann es unter für den Keim günstigen Bedingungen zu Hautinfektionen (Furunkel, Karbunkel) und Muskelerkrankung (Pyomyositis), sowie zu lebensbedrohenden Erkrankungen wie Lungenentzündung, Endokarditis, Toxisches Schock-Syndrom und Sepsis kommen (LOWY, 1998).
Nach KLUYTMANS et al. (1997) spielt die nasale Besiedlung mit Staphylococcus aureus die Schlüsselrolle in der Epidemiologie und Pathogenese einer Infektion. Dies erkannte auch bereits WILLIAMS im Jahre 1963, als er herausfand, dass 20% der Bevölkerung dauerhaft und 60% intermittierend mit Staphylococcus aureus besiedelt sind.
Die Bekämpfung von Staphylococcus aureus gestaltet sich schwierig, da der Keim durch seine hohe Tenazität gegen Trockenheit und Wärme (FOSTER, 2002) und seine Fähigkeit zur Ausbildung von Biofilmen (MARPLES et al., 1990) monatelang in der unbelebten Umgebung überleben kann. Des Weiteren ist Staphylococcus aureus in der Lage, an hydrophoben Oberflächen wie Plastik oder Edelstahl zu haften (ROBERT-KOCH-INSTITUT, 2000), so dass auch Untersuchungsbestecke ein hohes Übertragungsrisiko bergen können.
Literaturübersicht 5
2.3 Pathogenitätseigenschaften von Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus produziert eine Reihe von Virulenzfaktoren, die es ihm ermöglichen, Menschen und Tiere zu besiedeln und zum Teil schwerwiegende Erkrankungen hervorzurufen.
Nahezu alle Stämme produzieren Enzyme und Zytotoxine, wie Hämolysine, Nukleasen, Proteasen, Lipasen, Hyaluronidase und Kollagenase. Ihre Funktion besteht hauptsächlich darin, das lokale Wirtsgewebe abzubauen und in bakterielle Nährstoffe umzuwandeln. Einige Stämme produzieren zusätzliche Exoproteine, wie das Toxische Schock Syndrom Toxin 1, Enterotoxine, exfoliative Toxine und Leukozidin. Alle diese Toxine haben die Aufgabe, die Immunantwort des Wirtssystems zu beeinträchtigen (DINGES et al., 2000).
In nachfolgender Tabelle sind die wichtigsten Virulenzfaktoren von Staphylococcus aureus zusammengefasst:
Tabelle 1: Virulenzmerkmale von Staphylococcus aureus (modifiziert nach FOSTER, 2000)
Virulenzmerkmal Lokalisation Angriffspunkt Wirkung
Protein A Zellwandassoziiertes Protein
Fc-Stück von Immunglobulin G (IgG)
Hemmung phagozytierender Zellen,
Opsonierung behindert
Fibronectin- bindendes Protein
Zellwandassoziiertes Protein
Multiadhäsionsproteine in der extrazellulären
Matrix
Ermöglicht die Anheftung und Kolonisierung an
vielen Orten (z.B. an verletztem Gewebe, Koagula, Thromben) Kollagen-
bindendes Protein
Zellwandassoziiertes Protein
Direkte Bindung an Kollagen
Häufigste Ursache bakterieller Arthritis und
Osteomyelitis Fibrinogen-
bindendes Protein (Clumping Faktor A + B)
Zellwandassoziiertes Protein
Bindung und Aktivierung von
Fibrinogen
Aktivierung von Thrombozyten;
Aktivierung der Gerinnungskaskade
Koagulase Oberflächenassoziiertes Exotoxin
Bindet an Prothrombin, bildet Staphylothrombin-
Komplexe
Fibrinogenaktivierung, unterstützt Oberflächenhaftung
Literaturübersicht 6
Virulenzmerkmal Lokalisation Angriffspunkt Wirkung Elastin-
bindendes Protein
Oberflächennahes Exotoxin
Bindet an Bestandteile der extrazellulären Matrix (Elastin) von elastischem Gewebe
Beteiligt an Gewebshaftung
Staphylokinase Extrazelluläres Protein
Aktiviert eine Serin- Protease mit breitem
Spektrum
Fibrinolyse, erhöht das invasive Potential
α-Toxin Sekretorisches Protein
Porenbildung an der Membran von
Körperzellen, Aktivierung von Zytokinen, Koagulation
Endothelzellschädigung, dermatonekrotische Wirkung, intravasale
Koagulation
β-Toxin Sekretorisches Protein
Sphingomyelinase, zerstört Erythrozyten,
Monozyten
Hämolyse, hämorrhagische Organveränderungen,
sclerale Ödeme
Leukozidin und γ-Toxin (Panton-
Valentine- Leukozidin)
Sekretorisches Protein (2 Komponenten)
Stimuliert und zerstört polymorphkernige
Leukozyten, zytotoxisch
Dermatonekrose
Exfoliative
Toxine Sekretorisches Protein
Bindung an keratohyaline Granula
im Stratum granulosum
Exfoliative Dermatitis
Toxische Schock Syndrom Toxin
1 und Enterotoxine
Sekretorisches Protein
Superantigene Wirkung, Bindung an MHC II, danach starke
T-Zell-Aktivierung
Immunosuppression, Fieber, endotoxischer Schock, Emesis, Lebensmittelvergiftung DNAse Sekretorisches Protein Nukleinsäuren Zerstörung des Erbguts
Kapsel Oberflächengebundene
Schleimkapsel Abwehrzellen, Gefäße
Schutz der Zelle vor Abwehr, Beteiligung an
Biofilmen Katalase Sekretorisches Protein Sauerstoffradikale Hemmung der Wirkung
von Sauerstoffradikalen
2.4 Resistenz von Staphylococcus aureus
2.4.1 Allgemeine Resistenzsituation
Seit Jahrmillionen sind Antibiotika und die jeweils komplementären Resistenzen Bestandteile des Gleichgewichts zwischen Mikro- und Makroorganismen. Jedoch hat
Literaturübersicht 7
in Krankenhäusern die Kombination von hoher Antibiotikadichte, infektionsgefährdeten Wirten und für die Mikroorganismen „günstigen“ hygienischen Bedingungen zur Selektion und Verbreitung von nosokomialen, multiresistenten Problemkeimen geführt. Als wichtigste Vertreter gelten methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), deren Anteil an Krankenhausisolaten von Staphylococcus (S.) aureus 2004 bei 22,4% lag (LINDE und LEHN, 2006).
Waren Anfang der 40er Jahre des letzten Jahrhunderts noch alle Stämme von S.
aureus sensibel gegenüber Penicillin G, so war eine effektive Therapie mit diesem Antibiotikum schon 1946 bei über 60% der Isolate nicht mehr möglich, da diese nun in der Lage waren, ß-Laktamasen zu bilden (LYON und SKURRAY, 1987). Anfangs waren diese Isolate auf Krankenhäuser beschränkt, breiten sich dann aber schnell in der ganzen Bevölkerung aus. 1960 reagierte die Pharmaindustrie mit der Einführung des semisynthetischen Derivats Methicillin. Jedoch waren schon 1961 erste Resistenzen dagegen bekannt (CHAMBERS, 2001). Auf die Einführung weiterer Antibiotika, wie Neomycin und anderer Aminoglycoside oder Gentamicin reagierten die Bakterien innerhalb von zehn Jahren mit der Bildung weiterer Resistenzen (LYON und SKURRAY, 1987). Nachdem in den 1980er Jahren die Methicillinresistenz bereits weit verbreitet war, wurde Vancomycin zum Mittel der Wahl bei der Therapie von MRSA-Infektionen (TENOVER, 2001). Bereits 1997 wurde der erste Vancomycin-intermediäre MRSA isoliert (HIRAMATSU, 1997). 2002 konnten in den USA erstmals Vancomycin-resistente S. aureus isoliert werden (CHANG et al., 2003; TENOVER et al., 2004).
2.4.2 Resistenz gegen ß-Laktam-Antibiotika
2.4.2.1 Aufbau des Mureins und Wirkungsweise von ß-Laktam- Antibiotika
Murein (syn. Peptidoglykan) bildet das Grundgerüst der Zellwand und kann bei grampositiven Bakterien wie Staphylokokken bis zu 40 Schichten (15 – 80nm) dick sein. Es besteht aus Aminozuckerketten, die abwechselnd aus N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure zusammengesetzt sind. Diese neben- und übereinander
Literaturübersicht 8
liegenden Ketten werden durch Tetrapeptide quervernetzt. Katalysiert werden diese Verknüpfungen durch Transpeptidasen. Das so aufgebaute Murein umhüllt als netzartiges Gebilde (Murein-Sacculus) die ganze Zelle (KAYSER, 2001).
Die Transpeptidasen besitzen eine hohe Affinität für ß-Laktam-Antibiotika und werden daher auch als Penicillin-bindende Proteine (PBP) bezeichnet. Bis jetzt sind vier solcher PBPs (PBP1 – PBP4) beschrieben (GEORGEPAPADAKOU und LIU, 1980).
Zur Gruppe der ß-Laktam-Antibiotika, die ihren Namen dem charakteristischen ß- Laktam-Ring verdanken, gehören Penicilline, Cephalosporine, Carbapeneme und Monobactame. Aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit sind sie in der Lage irreversibel an die D-Alanin-Transpeptidase zu binden und so die Mureinsynthese zu hemmen. Als Folge bilden sich instabile L-Formen (L = benannt nach dem Lister- Institut) der Bakterien, die nicht überlebensfähig sind. Ihre bakterizide Wirkung entfalten sie jedoch nur bei proliferierenden Keimen, da nur dort Mureinsynthese stattfindet (KROKER et al., 2002).
2.4.2.2 Grundlagen der Isoxazolyl-Penicillinresistenz
Im Wesentlichen liegen hier zwei Mechanismen zu Grunde. Zum einen bilden über 80% aller klinischen Staphylokokken-Isolate Penicillinasen (ß-Laktamasen). Diese Enzyme öffnen den ß-Laktamring durch Hydrolyse und verhindern auf diese Weise eine Anbindung an die Penicillin-bindenden Proteine (GEISS, 2004; STAHLMANN und LODE, 2004). Ein großer Fortschritt ist deswegen die Entwicklung von penicillinasefesten Antibiotika wie Methicillin oder Oxacillin. Jedoch traten auch hier bereits ein Jahr nach ihrer Einführung erste Resistenzen bei S. aureus auf (BRUMFITT und HAMILTON-MILLER, 1989). Hierbei handelt es sich um einen völlig anderen Mechanismus, der erstmals im Jahre 1981 von HARTMANN und TOMASZ erklärt werden konnte. Die Ursache ist ein zusätzliches PBP, das als PBP2a (oder auch PBP2’) bezeichnet wird. Es besitzt eine außerordentlich niedrige Affinität für ß- Laktam-Antibiotika und erhält somit gleichzeitig die Transpeptidaseaktivität aufrecht, da es nicht acetyliert wird. Es lässt die Zelle bei sonst letalen Antibiotikakonzentrationen überleben, ohne das Antibiotikum zu zerstören. Dieses
Literaturübersicht 9
Phänomen wird auch als intrinsische Resistenz bezeichnet (DERESINSKI, 2005;
STAHLMANN et al., 2005).
2.4.2.3 Molekulargenetische Grundlagen der PBP2a-Expression PBP2a wird durch das 2 kBp große Methicillin-Resistenzgen mecA kodiert (MATTHEWS et al., 1990). Es ist ein Strukturgen innerhalb eines mobilen DNA- Elements, das als „staphylococcal cassette chromosome mec“ (SCCmec) bezeichnet wird. Bis jetzt konnten acht SCCmec-Motive in methicillin-resistenten S. aureus weltweit identifiziert werden, welche sich bezüglich ihrer Größe und der enthaltenen Gensequenzen unterscheiden (ZHANG et al., 2009).
Die SCCmec-Elemente sind „genomische Inseln“, jedoch keine
„Pathogenitätsinseln“, da sie keine Gene enthalten, die mit der Virulenz von S.
aureus assoziiert sind. Sie bestehen aus zwei essentiellen Genkomplexen: dem mec-Genkomplex und dem ccr-Genkomplex. Der mec-Komplex enthält das mecA- Gen und seine Regulatorgene mecI und mecR1. Der ccr-Komplex enthält die zwei spezifischen Rekombinasen „cassette chromosome recombinase A (ccrA) und B (ccrB)“, die für Rekombinationsereignisse (Exzision und chromosomale Insertion) von SCCmec essentiell sind. Außerdem enthalten die verschiedenen SCCmec- Varianten Hunderte von open reading frames und potentiell mobile DNA-Elemente wie Insertionssequenzen, Transposons und integrierte Plasmide. Auf diese Weise bietet SCCmec der Zelle die Möglichkeit, auch noch anderweitige multiple Resistenzgene chromosomal zu integrieren (HIRAMATSU et al., 2002; KATAYAMA et al., 2000).
2.4.2.4 Regulation von mecA
Die Transkription von mecA wird reguliert durch die Genprodukte der Strukturgene mecI und mecR1. Sie werden unabhängig von mecA transkribiert und befinden sich unmittelbar in 5’-Richtung neben mecA. MecI ist ein Repressor, der die Transkription von mecA und mecR1-mecI unterdrückt. Bindet ein Inducer an den transmembranösen Rezeptor MecR1, aktiviert dieser eine intrazelluläre Zinkpeptidase-Domäne, die wiederum den Repressor MecI spaltet und so die mecA
Literaturübersicht 10
und mecI-mecR1-Repression unterbricht. Bei intakter Kontrolle von mecR1 und mecI ist die Transkription von mecA und damit die Produktion von PBP2a stark supprimiert. Hierzu analog ist auch die molekulare Organisation, Struktur und Funktion der Regulatorgene blaI und blaR1 des ß-Laktamasegens, die ebenfalls Einfluss auf die Expression von mecA haben (BERGER-BÄCHI und ROHRER, 2002).
Die Produktion von PBP2a erfolgt stark verspätet nach Exposition von Methicillin und in nur geringfügigen Mengen (sog. pre-methicillin-resistente Staphylokokken).
Methicillin-resistente Staphylokokkenstämme mit durch Deletionen oder andere Mutationen ausgelöste Inaktivierungen der mecI-mecR1- Regulation, exprimieren auch ohne Methicillinexposition große Mengen an PBP2a (HÜRLIMANN-DALEL et al., 1992).
2.5 Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA)
Methicillin-resistente Staphylococcus aureus unterscheiden sich von methicillin- sensiblen S. aureus (MSSA) dadurch, dass sie durch horizontalen Gentransfer das mecA-Element von koagulase-negativen Staphylokokken erworben haben und somit gegen alle ß-Laktam-Antibiotika resistent sind. Der Ursprung dieses mecA-Elements ist noch unklar, man geht aber aufgrund einer Sequenzhomologie von über 80%
davon aus, dass es von Staphylococcus sciuri stammt (BERGER-BÄCHI, 1999).
2.5.1 Nachweismethoden für MRSA
2.5.1.1 Kulturelle Methoden
Der klassische Nachweis erfolgt kulturell mittels Anzucht auf Schafblutagar. Hier bilden sich nach 18 - 24stündiger Bebrütung bei 36°C meist mittelgroße, gelb bis goldgelb oder auch weiß pigmentierte Kolonien mit mehrphasischen Hämolysezonen, die phänotypisch aber nicht von herkömmlichen S. aureus zu unterscheiden sind. Zur weiteren Differenzierung und zum direkten Nachweis von MRSA-verdächtigem S. aureus eignen sich Selektivmedien, die durch verschiedene
Literaturübersicht 11
Zusätze das Wachstum von Begleitflora und herkömmlichen S. aureus unterdrücken.
Hierfür stehen chromogene Nährmedien verschiedener Hersteller zur Verfügung.
Zeigen sich hier MRSA-verdächtige Kolonien, müssen diese subkultiviert und einer weiteren Differenzierung unterzogen werden (BECKER und PETERS, 2009).
2.5.1.2 Molekularbiologische Nachweis- und Differenzierungsmethoden
2.5.1.2.1 Nachweis des mecA-Gens
Es besteht die Möglichkeit einer Multiplex-PCR, bei der gleichzeitig das 16S-RNA- Gen (spezifisch für Prokaryonten), das nuc-Gen (spezifisch für S. aureus) und das mecA-Gen (spezifisch für die Methicillinresistenz) nachgewiesen werden. Das Vorliegen eines positiven PCR-Ergebnisses bestätigt hier sowohl die Spezies
„Staphylococcus aureus“ als auch das Vorhandensein der Methicillinresistenz (POULSEN et al., 2003).
Auch HULETSKY et al. fanden 2004 eine real-time PCR-Methode bei der der Nachweis des mecA-Gens mit dem für S. aureus spezifischen orfX-Gens verknüpft werden konnte.
2.5.1.2.2 SCCmec-Sequenzierung
Eine Typisierung der methicillin-resistenten S. aureus kann auch anhand ihrer mobilen Genkassette SCCmec stattfinden. Mittlerweile sind acht solcher Typen mit verschiedenen Subtypen charakterisiert. Da die unterschiedlichen etablierten Methoden jedoch zu variablen Ergebnissen bei der Typisierung führen, wird diese Form der Typisierung derzeit intensiv diskutiert (JANSEN et al., 2009).
Nach momentanem Kenntnisstand kann man jedoch sagen, dass die SCCmec- Typen I – III vor allem im hospital-acquired-MRSA-Komplex, die Typen IV – V im community-acquired-MRSA-Komplex zu finden sind (COHN und MIDDLETON, 2010). Sowohl Typ III als auch Typ V sind im livestock-associated-MRSA-Komplex präsent (MEEMKEN et al., 2009a).
Literaturübersicht 12
2.5.1.2.3 spa-Typisierung
Es handelt sich hier um eine Typisierung anhand des Gens für das S. aureus Protein A (spa), welches Bestandteil der Zellwand ist. Die molekulare Basis ist die DNA- Sequenzierung der X-Region dieses Gens, welche aus einer variablen Anzahl von Repeats mit einer Länge von 21 – 27 Basenpaaren besteht. Aus Art und Abfolge dieser Repeats resultiert der spa-Typ.
Da es sich hier um eine Single Locus Sequenztypisierung (SLST) handelt, ist diese Methode relativ kostengünstig. Weitere Vorteile sind die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Laboren und eine gemeinsame Nomenklatur, auf die man über einen zentralen spa - Server (www.spaserver.ridom.de) zugreifen kann. Die Aussagekraft dieser Methode liegt zwischen der der Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE) und der der Multi Locus Sequenztypisierung (MLST) (DEURENBERG et al., 2006; FETSCH et al., 2009).
2.5.1.2.4 Multi Locus Sequenztypisierung (MLST)
Diese Methode wurde 1999 von ENRIGHT et al. entwickelt. Hier wird ein Bakterienstamm durch Polymorphismen der Nukleotidsequenzen interner Fragmente von sieben „housekeeping genes“ (im Falle varoE, glpF, gmk, pta und tpi) charakterisiert und durch die Allele an den sieben Loci (allelisches Profil) definiert. Jedem allelischen Profil wird dann ein Sequenztyp (ST) zugeordnet. Dieses Verfahren kann man sich vor allem zu Nutze machen, um die Evolution und die genetische Verwandtschaft verschiedener Isolate zu einander zu bestimmen. Dafür steht auch im Internet unter www.mlst.net eine Plattform zur Verfügung. Für die Routinediagnostik ist dieses Verfahren zu personal-, zeit- und kostenaufwändig (DEURENBERG et al., 2006).
2.5.1.2.5 Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE)
Dieses Verfahren wird als Referenzmethode bei der Typisierung von MRSA-Isolaten angesehen. Sie basiert auf der Verdauung der Bakterien-DNA durch das Restriktionsenzym SmaI mit nachfolgender Gelelektrophorese, die die Genfragmente entsprechend ihrer Länge und Größe auftrennt. Jeder Stamm erhält auf diese Weise
Literaturübersicht 13
ein charakteristisches Bandenmuster. Diese Methode bietet eine hohe Diskriminationsfähigkeit, ist dabei aber sehr personal- und kostenintensiv.
Nutztierassoziierte MRSA wie ST398 können jedoch auf diese Weise nicht typisiert werden, da sie ein Restriktionsmodifikationsenzym besitzen, das die Zielsequenz des Enzyms SmaI methyliert. Sie werden deshalb auch als NT- (non typeable) MRSA bezeichnet (FETSCH et al., 2009; BENS et al., 2006, TENOVER et al., 1995).
2.5.2 Vorkommen und Einteilung von MRSA
2.5.2.1 hospital acquired MRSA (ha-MRSA)
Als ha-MRSA bezeichnet man die im Krankenhaus oder Pflegeeinrichtungen erworbenen methicillin-resistenten S. aureus, die in Deutschland mit Abstand größte der drei Gruppen von MRSA. Sie betrifft vor allem Menschen mit bekannten Risikofaktoren wie Krankenhausaufenthalt, wiederholte Antibiotikatherapie, chronische Pflegebedürftigkeit, Dialysepflicht, Transplantationen, chronischen Infektionen und dauerhaft liegenden Katheter. Charakteristischerweise haben betroffene Personen eine chronische Besiedlung der Haut mit MRSA und können so den Keim jederzeit auf andere ebenfalls gefährdete Personen übertragen oder auch selbst eine Infektion erleiden (FRIEDRICH, 2009).
Obwohl bereits 1961 erste methicillin-resistente S. aureus beschrieben wurden (BRUMFITT und HAMILTON-MILLER, 1989), wurde dem Keim lange Zeit wenig Beachtung geschenkt. In den letzten zwei Jahrzehnten nahm die Zahl an nosokomialen Infektionen durch antibiotikaresistente Keime und vor allem methicillin- resistente S. aureus jedoch beständig zu, so dass die MRSA-Rate im Zeitraum zwischen 1990 und 2001 von unter 2% auf über 20% anstieg. Mit diesem Prozentsatz nimmt Deutschland eine mittlere Stellung im europäischen Vergleich ein (WITTE, 2008).
Beigetragen zu dieser Entwicklung haben die zunehmende Konzentrierung schwer- und schwerstkranker Patienten in den stationären Versorgungsbereichen, die steigende Zahl invasiver medizintechnischer Maßnahmen, die Tendenz zur
Literaturübersicht 14
Lockerung von Standard- Antibiotika (KIPP, 2004).
Nachbarländer wie Dänemark oder die Niederlande, in denen die MRSA-Prävalenz seit Jahren stabil unter 5% liegt, zeigen deutlich, dass sich ein konsequentes und koordiniertes Vorgehen nach dem niederländischen „search and destroy“-Prinzip, auszahlt (FRIEDRICH, 2009). Im Rahmen des EUREGIO-Projekts in der Grenzregion Twente/Münsterland wurde jetzt auch in Deutschland ein regionales Netzwerk geschaffen, das sich die gezielte Suche nach Keimträgern im Krankenhaus und die angepasste Weiterbetreuung zur Aufgabe macht. Es handelt gemäß dem Begriff „search and follow“ und kann so als deutsche Version der niederländischen Strategie gelten (www.mrsa-net.org).
2.5.2.2 community acquired MRSA (ca-MRSA)
Ca-MRSA sind weltweit ein “emerging pathogen” außerhalb medizinischer Einric das Auftreten von Kolonisation und Infektion mit MRSA in der Gesellschaft, zum anderen auch der Erwerb des Keims in der Gesellschaft außerhalb von klinischen Einrichtungen gemeint sein (SALGADO et al., 2003). Die Definition der Centers for Disease Control and Prevention (CDC) kennzeichnet dabei Personen ohne Kontakt zu medizinischen Einrichtungen und ohne Risikofaktoren (www.cdc.gov/ncidod/dhqp/ar_mrsa_ca_clinicians.html).
Überdurchschnittlich häufig betroffen sind Kinder, Kleinkinder und Erwachsene jüngeren Alters ohne jegliche Grunderkrankung. Ein weiteres Kennzeichen ist die Übertragbarkeit innerhalb von Personengruppen mit engem Kontakt, wie in Familien, bei Kontaktsportarten oder in Gefängnissen (LINDE und LEHN, 2006).
NAIMI et al. stellten 2003 fest, dass das Panton-Valentine-Leukozidin (PVL) in 77%
der ca-MRSA-Isolate identifiziert werden kann. Es handelt sich hier um ein aus zwei Komponenten zusammengesetztes Toxin, das zur Perforation und Lyse von Leukozyten führt. Als Folge kommt es zur Freisetzung von chemotaktischen und gewebsdestruierenden Faktoren, die den Entzündungsprozess weiter anheizen ohne den Erreger zu eliminieren. Das Auftreten von PVL ist oft mit rezidivierenden
Literaturübersicht 15
Abszessen und nekrotisierender Pneumonie verbunden (LINA et al., 1999).
Komplizierte Haut- und Weichteil-Infektionen treten bei durch ca-MRSA verursachten Krankheiten häufiger auf als bei Erkrankungen mit ha-MRSA. Klassischerweise kommt es zu multiplen Abszessen, teilweise mit schweren einschmelzenden Prozessen bis hin zur Gewebsnekrose. Komplikationen wie Osteomyelitis, Endokarditis und septische Arthritis können auftreten. Da ca-MRSA aber nur selten Resistenzen gegen andere Antibiotikaklassen als ß-Laktam-Antibiotika aufweisen, ist eine Therapie mit Clindamycin, Co-Trimoxazol, Doxycyclin, Moxifloxacin oder Linezolid möglich (LINDE und LEHN, 2006).
In der folgenden Tabelle sollen die wichtigsten Kriterien von ha-MRSA und ca-MRSA einander gegenübergestellt werden:
Tabelle 2: Vergleich von ha-MRSA und ca-MRSA (modifiziert nach NATHWANI et al., 2008; LINDE und LEHN, 2008 und WEBER et al., 2005)
Kriterium ha-MRSA ca-MRSA
"typischer" Patient älter, geschwächt und/oder chronisch krank
jung, gesund, ohne Vorerkrankung oder bekannte Risikofaktoren
Infektionsstelle
oftmals Bakteriämien ohne erkennbaren Fokus, OP-Wunden,
offene Ulzera, Venen-/
Blasenkatheter
Prädilektion für Haut und Weichteile, geht oft mit Abszessen und Cellulitis
einher
Übertragung innerhalb medizinischer Einrichtungen, selten außerhalb
innerhalb Familien, Schulen, Sportteams u. a. Gelegenheiten mit
engem, zwischenmenschlichen Kontakt
Diagnose in medizinischen Einrichtungen im ambulanten Bereich
Anamnese
bereits in der Vergangenheit MRSA-Kolonisation/-Infektion,
kürzlicher Krankenhaus-/
Pflegeheimaufenthalt/OP, Einnahme von Antibiotika, Dialyse,
permanente invasive Katheter
keine entsprechende Vorgeschichte, meist junge Erwachsene oder Kinder
Virulenz
Verbreitung außerhalb medizinischer Einrichtungen
selten, PVL meist fehlend
Verbreitung in der Gesellschaft häufig,
PVL meist vorhanden Resistenz gegen
Erythromycin, Clindamycin,
Chinolone, Tetrazykline, Aminoglykoside
häufig selten
SCCmec-Typ I, II, III IV, V
Literaturübersicht 16
2.5.2.3 livestock associated MRSA (la-MRSA)
Im Jahr 2003 entdeckte man in niederländischen Krankenhäusern einen methicillin- resistenten S. aureus vom Multilocus-Sequenztyp ST398 verbunden mit den spa- Typen t108, t011, t034 und verwandten Typen. Weitere Forschungen ergaben, dass dieser Typus vor allem in Regionen mit hoher Schweinedichte auftrat und dass Schweine hohe Kolonisationsraten aufwiesen (VAN LOO et al., 2007; DE NEELING et al., 2007). Im Folgenden erschienen immer mehr Berichte, die eine Übertragung zwischen Menschen und Schweinen vermuteten und herausfanden, dass auch bei 23 – 45% der Schweine haltenden Landwirte eine nasale Besiedlung mit diesen speziellen MRSA nachzuweisen war (SMITH et al., 2008; SCHWARZ et al., 2008;
HUIJSDENS et al., 2006). Im Jahr 2009 fanden KÖCK et al. heraus, dass es einen Anstieg dieser la-MRSA von 13% im Jahr 2005 auf 22,4% im Jahr 2008 gab und dass 36% der Träger von la-MRSA keine anderen klassischen Risikofaktoren aufwiesen. Sie bewiesen in ihrer Arbeit, dass auch Nutztiere ein Reservoir für den Eintrag von MRSA in deutsche Krankenhäuser darstellen können. 2010 untersuchte die Arbeitsgruppe um VAN CLEEF die Prävalenz von la-MRSA in Gemeinden mit hoher Schweinedichte in den Niederlanden. Dabei fanden sie heraus, dass von 534 Personen ohne Kontakt zu Nutztieren nur einer mit MRSA besiedelt war, dies entspricht 0,2%. Bei Personen mit Kontakt zu landwirtschaftlichen Nutztieren hingegen, waren 13 von 49 Personen MRSA-positiv. Dies entspricht einem Prozentsatz von 26,5%. Alle gefundenen spa-Typen gehörten zum MRSA ST398- Komplex.
Ein erster nosokomialer Ausbruch von MRSA ST398 in einem niederländischen Krankenhaus wurde 2008 von WULF et al. beschrieben (WULF et al., 2008a).
Doch nur selten kann eine Besiedlung mit MRSA beim Menschen auch zu einer Erkrankung führen. MEEMKEN et al. konnten 2008 bei 23% der untersuchten Personen eine nasale Besiedlung mit MRSA ST398 nachweisen, keine dieser Personen war jedoch erkrankt. Auch FRICK (2010) untersuchte die Nasenabstriche von 116 Landwirten und konnte dabei 34 MRSA-positive Personen (29,3%) ermitteln.
Während bei 33 Personen lediglich eine asymptomatische Trägerschaft festgestellt wurde, beschrieb ein Landwirt eitrige Effloreszenzen der Kopfhaut. Weitere Berichte
Literaturübersicht 17
über Erkrankungen durch la-MRSA sind selten. So beschreiben zum einen HUIJSDENS et al. (2006) einen Fall mit einer MRSA-assoziierte Mastitis bei einer Landwirtin, zum anderen WELINDER-OLSSEN et al. (2008) zwei Fälle von Schulterabszessen bzw. Wundinfektionen mit Panton-Valentine-Leukozidin-positiven MRSA des spa-Typs t034.
2.5.
MRSA-Nachweisraten weisen in Europa ein starkes Nord-Süd-Gefälle auf, welches von einem Vorkommen von unter 1% in den skandinavischen Ländern bis zu über 50% in Südeuropa mit den Spitzenreitern Portugal (53% in 2008) und Malta (56% in 2008), reicht. Dennoch zeigte sich 2008 erstmals ein Trend abnehmender MRSA- Raten in den meisten europäischen Ländern. Deutschland nahm dabei mit 19% eine mittlere Position ein (http://www.rivm.nl/earss/Images/EARSS%202008_final_tcm61- 65020.pdf).
1,4
0,4 0,8
2,4 1,7 12,9
15,2 16
18 18 20
21 20
16 19
0 5 10 15 20 25
1976 1978 1981 1984 1990 1995 1998 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Jahr
Anteil von MRSA an klinischen S.aureus-Isolaten in %
Abbildung 1: Prävalenz von MRSA in Deutschland seit den 1970er Jahren (modifiziert nach PEG-Resistenzstudie 2007 und EARRS Annual Report 2008)
Literaturübersicht 18
2.5.3.1 Gesunde Personen
Man geht davon aus, dass ca. 20% der Bevölkerung ständig mit einem S. aureus- Typ, 60% intermittierend und mit verschiedenen Typen und 20% so gut wie nie mit S.
aureus besiedelt sind. Vor allem das Vestibulum nasi dient als ökologische Nische für diesen Keim, da hier in der keratinisierten Epidermis nur relativ wenige Abwehrzellen vorkommen (KLUYTMANS et al., 1997). Zwei bis vier Prozent der Menschen sind symptomlose Träger von methicillin-resistentem S. aureus (HARLIZIUS, 2009). ACTON et al. fanden 2009 zudem heraus, dass vor allem junge Menschen, die nasal mit MRSA besiedelt sind, auch häufig eine intestinale MRSA- Kolonisation aufweisen. Weitere Prädilektionsstellen sind der Rachen, die Achselhöhlen und der Haaransatz, von wo aus die Keime sehr leicht und effektiv durch normale Kontakte andere Personen kolonisieren und infizieren können. Bei gesunden Personen verlaufen Infektionen jedoch im Allgemeinen subklinisch (WIELER, 2008).
Werden nasal kolonisierte Personen lokal mit Mupirocin behandelt, kann nicht nur die nasale Besiedlung eliminiert werden, sondern S. aureus verschwindet normalerweise auch von allen anderen betroffenen Lokalisationen des Körpers (VON EIFF et al., 2001).
2.5.3.2 Immunsupprimierte Personen und Personen mit Risikofaktoren
Immunsuppression oder Risikofaktoren wie Diabetes mellitus, Dialysepflichtigkeit, Katheter oder Verletzungen der Haut als äußere Barriere wirken prädisponierend für eine endo- oder exogene Infektionen mit S. aureus. Daraus resultierende Erkrankungen können lokalisierte oder generalisierte pyogene Infektionen wie Pyodermien, Abszesse oder Wundinfektionen oder tiefer gehende Infektionen wie Parotitis, Mastitis puerperalis oder Osteomyelitis sein. Nicht selten geht die Bakteriämie infolge Keimausschwemmung in die Blutbahn in eine Sepsis über, bei der die Letalität immer noch bis zu 15% betragen kann (ROBERT-KOCH-INSTITUT, 2009).
Literaturübersicht 19
2.5.3.3 Menschen mit Kontakt zu Kleintieren
Bereits 1988 beschrieben SCOTT et al. den Ausbruch von S. aureus-Infektionen in einem Pflegeheim, bei dem eine Therapiekatze als Überträger der Keime von den infizierten Patienten auf das Pflegepersonal und andere Patienten diente.
Neuere Berichte über eine Übertragung von Tier zu Mensch stammen von MANIAN (2003), der den Fall eines Diabetikers und seiner Frau beschrieb, die beide an wiederkehrenden MRSA-Infektionen litten. Erst nachdem der Hund der Familie, in dessen Nase identische MRSA-Isolate gefunden wurden, erfolgreich saniert wurde, trat auch bei dem Ehepaar keine Infektion oder nasale Besiedlung mehr auf. Auch SING et al. berichteten 2008 über eine Frau, die an wiederkehrenden tiefen Abszessen durch PVL-positive MRSA litt. Eine Sanierung ihrer Familie brachte keine Besserung. Erst nachdem auch ihre drei klinisch gesunden, aber MRSA-positiven Katzen mit Ciprofloxacin und Rifampin behandelt wurden, heilten die Abszesse der Frau ab und alle Familienmitglieder konnten MRSA-negativ getestet werden. Einen ähnlichen Fall beschrieben VAN DUIJKEREN et al. 2005. Auch hier wurden PVL- positive MRSA zwischen einem Hund und der Familie übertragen.
STROMMENGER et al. charakterisierten 2006 die MRSA-Isolate von Haustieren und verglichen sie mit Humanisolaten. Sie fanden heraus, dass alle Haustierisolate eng miteinander und auch zu MRSA ST22, einem weit verbreiteten Typ in deutschen Krankenhäusern, verwandt waren. Daraus schlossen sie, dass ein mutmaßliches Risiko der Übertragung von MRSA zwischen Haustieren und Menschen besteht.
WALTHER et al. untersuchten 2009 die Verwandtschaft von MRSA aus dem Nasenvorhof hospitalisierter Hunde, Personal und Umweltproben in einer Kleintierklinik. Auch sie fanden MRSA ST22 als dominierenden Genotyp in 72% der untersuchten Proben. Des Weiteren konnte ein temporärer Nachweis von hohen nasalen Kolonisierungsraten beim Klinikpersonal von 20% festgestellt werden, der vermutlich ursächlich im Zusammenhang steht mit dem vermehrten Auftreten nosokomialer Infektionen in der Kleintierklinik.
Literaturübersicht 20
2.5.3.4 Menschen mit beruflichem Kontakt zu landwirtschaftlichen Nutztieren
VAN LOO et al. (2007) fanden 2003 in den Niederlanden zum ersten Mal einen MRSA-Typ, der durch Pulsfeldgelelektrophorese nicht zu typisieren war. Durch weitere molekulare Typisierung konnte festgestellt werden, dass er zum klonalen Komplex ST398 gehörte. Vorrangig waren die spa-Typen t108, t011 und t034.
Außerdem konnte ein Zusammenhang zwischen dem Auftreten dieses Stammes und der Schweinedichte einer Region festgestellt werden. Im Jahr 2006 war dieser Stamm schon für 21% aller MRSA-Nachweise beim Menschen in den Niederlanden verantwortlich.
2004 führten AUBRY-DAMON et al. in Frankreich eine Studie durch, die zu dem Ergebnis kam, dass Schweine haltende Landwirte signifikant häufiger eine nasale Besiedlung mit MRSA aufwiesen als die durchschnittliche Bevölkerung. ARMAND- LEFEVRE et al. konnten dies 2005 bestätigen. Sie fanden heraus, dass 44,6% der Schweine haltenden Landwirte im Vergleich zur Kontrollgruppe mit 24,1% nasal mit MRSA besiedelt waren. Zusätzlich untersuchten sie auch noch Nasentupfer von Schweinen und fanden heraus, dass bei Schweinen und Landwirten die Sequenztypen ST9, ST398 und ST433 vorherrschten, diese jedoch in der Kontrollgruppe nicht vorkamen. Diese Ergebnisse stützten die Vermutung, dass zwischen Schweinen und Landwirten ein Austausch spezifischer Stämme stattfindet.
Eine Übertragung von S. aureus von Nutztier zu Mensch konnte davor nur einmal in einer Untersuchung mit einer Milchschafherde nachgewiesen werden (VAUTOR et al., 2003).
Ähnliche Zusammenhänge zwischen dem Auftreten von nasaler Besiedlung mit MRSA bei Landwirten und dem Vorkommen von MRSA bei Schweinen können in Belgien (DENIS et al., 2009), Kanada (KHANNA et al., 2007), Dänemark (LEWIS et al., 2008), USA (SMITH et al., 2009), Österreich (SPRINGER et al., 2009) und weiteren Ländern aufgezeigt werden.
In Deutschland führten MEEMKEN et al. 2008 Untersuchungen zu diesem Thema durch und bezogen nicht nur Landwirte, sondern auch sonstige beruflich exponierte Personen, wie Tierärzte oder amtliche Fleischkontrolleure am Schlachthof in ihre
Literaturübersicht 21
Studie mit ein. Dabei konnten sie feststellen, dass bei 13% der Tiere und bei 23%
der beruflich exponierten Personen MRSA ST398 nachgewiesen werden konnte.
In wie weit das Auftreten von nasaler Besiedlung mit MRSA an die berufliche Exposition geknüpft ist, untersuchten auch WULF et al. 2008 auf einem internationalen Tierärztekongress und stellten fest, dass 12,5% der Teilnehmer aus neun verschiedenen Ländern mit MRSA kolonisiert waren (WULF et al., 2008b).
Bereits 2006 konnten WULF et al. bei Tierärzten und Tiermedizinstudenten eine 160fach höhere MRSA-Prävalenz als in der niederländischen Gesamtbevölkerung feststellen.
FRICK (2010) untersuchte Nasentupfer von 116 Schweine haltenden Landwirten und konnte dabei bei 34 Personen eine nasale Besiedlung mit MRSA feststellen. Dies entspricht einer Prävalenz von 29,3%. Jedoch ergaben sich zwischen den verschiedenen Betriebsarten teils erhebliche Unterschiede. Während Landwirte in Ferkelerzeugungsbetrieben eine Kolonisationsrate von 26,9% aufwiesen, lagen Schweinemäster bei 21,4%. Der größte Unterschied bestand zu Landwirten in geschlossenen Betriebssystemen. Hier lag die MRSA-Prävalenz bei 50%. Außerdem konnte der Autor zeigen, dass eine 104fach höhere Chance des MRSA-Nachweises bei Landwirten bestand, wenn auch bei den Schweinen des Betriebs MRSA nachgewiesen werden konnten.
In wie fern eine nasale Besiedlung mit MRSA ST398 im familiären Umfeld von Personen mit Kontakt zu Schweinen festzustellen ist, untersuchten CUNY et al. 2008 und kamen zu dem Ergebnis, dass dieser Keim auch ohne Exposition zur Tierhaltung durch zwischenmenschliche Kontakte weiterübertragen werden kann. Die Transmissionsrate von MRSA ST398 aus dem Kreis der Exponierten in das nicht exponierte familiäre Umfeld beträgt je nach untersuchter Personengruppe zwischen 4,3% und 7%. Wie weit MRSA ST398 bei Bewohnern ländlicher Gebiete jedoch generell verbreitet ist, ist bis dato noch nicht bekannt.
2007 konnten JUHÁSZ-KASZANYITZKY et al. zum ersten Mal die Übertragung von MRSA von einer Kuh mit subklinischer Mastitis auf einen Menschen nachweisen. Es handelte sich hier um MRSA ST1 mit spa-Typ t127.
Literaturübersicht 22
2010 untersuchten MULDERS et al. die Prävalenz von MRSA bei Angestellten in niederländischen Geflügelschlachthäusern und stellten auch hier fest, dass 5,6% des Personals MRSA-positiv waren im Gegensatz zu 0,1% in der Gesamtbevölkerung.
Von den schlachtreifen Broilern waren durchschnittlich 6,9% MRSA-positiv.
Mehrheitlich wurden MRSA-Isolate des MLST-Typs ST398 gefunden, 27,7% der Isolate gehörten jedoch zum Typ ST9 (spa-Typ t1403). Schließlich kamen die Autoren zu dem Ergebnis, dass für Angestellte in Geflügelschlachthäusern ein erhöhtes Risiko bestand, MRSA-Träger zu sein, vor allem solche, die dort mit lebenden Tieren in Kontakt kamen.
Abschließend kann man sagen, dass es ausgehend von Nutztieren mehrere mögliche Expositionspfade für den Menschen gibt. Die Wesentlichen sind in nachfolgender Abbildung dargestellt:
Abbildung 2: Expositionspfade für den Menschen ausgehend von MRSA bei Nutztieren (BfR, 2009a)
Literaturübersicht 23
2.5.4 Bedeutung und Vorkommen von MRSA beim Tier
2.5.4.1 Kleintiere
Hunde und Katzen als Begleiter der Menschen haben durch ihre oftmals große körperliche Nähe zu ihren Besitzern die ideale Möglichkeit zum Austausch von zoonotischen Pathogenen, wie z.B. methicillin-resistenten S. aureus.
BOOST et al. fanden 2007 heraus, dass 0,54% der Hundebesitzer und 0,72% der Hunde mit MRSA kolonisiert waren. Dabei lagen sowohl ca-MRSA als auch ha- MRSA vor und auch einige PVL-positive Stämme konnten identifiziert werden.
Zum ersten Mal wurden MRSA aus Nasenabstrichen von 2 von 109 gesunden Hunden 1972 in Nigeria isoliert (OJO, 1972). Während der 1980er und frühen 1990er Jahre wurde nur von sporadischem Auftreten von MRSA bei Haustieren vor allem als Träger oder Vektoren berichtet (SCOTT et al., 1988; CEFAI et al., 1994). Erst in den späten 1990er Jahren erregten MRSA in der Veterinärmedizin Aufmerksamkeit, als von Infektionen mit methicillin-resistenten S. aureus bei Hunden und Pferden in Großbritannien, USA und Asien berichtet wurde (TOMLIN et al., 1999; HARTMANN et al., 1997; SEGUIN et al., 1999; PAK et al., 1999). Seither konnten MRSA auch bei anderen Haustieren, wie Katzen, Kaninchen, einem Meerschweinchen, einer Schildkröte, einem Chinchilla und Vögeln nachgewiesen werden (WALTHER et al., 2008; STROMMENGER et al., 2006; RANKIN et al., 2005).
In den meisten Fällen sind canine und feline Isolate genetisch nicht von den lokal vorherrschenden ha-MRSA-Linien zu unterscheiden und besitzen auch die gleiche Resistenz wie humane ha-MRSA-Isolate dieser Region (BAPTISTE et al., 2005;
O’MAHONY et al, 2005).
Tabelle 3: Vorkommen und Typisierung von typischen MRSA-Isolaten bei Hund und Katze (nach LOEFFLER und LLOYD, 2010)
Tierart Epidemiologie MLST SCCmec Land
Hund
ha-MRSA ST22 IV Deutschland, Neuseeland, USA, UK
ST239 III Australien
ca-MRSA ST80 nicht
bestimmt Niederlande
Katze ha-MRSA ST22 IV Deutschland, Neuseeland
ca-MRSA ST8 IV USA
