Prävalenz und Risikofaktoren für das Vorkommen von Extended-Spektrum-Betalaktamase Escherichia coli bei Kälbern und deren Müttern aus großen deutschen Milchviehbeständen

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Tierärztliche Hochschule Hannover

Prävalenz und Risikofaktoren für das Vorkommen von Extended-Spektrum-Betalaktamase Escherichia coli

bei Kälbern und deren Müttern aus großen deutschen Milchviehbeständen

INAUGURAL-DISSERTATION

zur Erlangung des akademischen Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin

-Doctor medicinae veterinariae- (Dr. med. vet.)

vorgelegt von Laura Weber Villingen-Schwenningen

Hannover 2021

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Wissenschaftliche Betreuung:

1. Dr. Maike Heppelmann, PD

Tierärztliche Hochschule Hannover Klinik für Rinder

2. Dr. Lisa Bachmann

Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN) Institut für Ernährungsphysiologie „Oskar Kellner“

1. Gutachterin: Dr. Maike Heppelmann, PD

Tierärztliche Hochschule Hannover Klinik für Rinder

2. Gutachterin: Prof. Dr. Christa Ewers

Justus-Liebig-Universität Giessen Institut für Hygiene und

Infektionskrankheiten der Tiere

Tag der mündlichen Prüfung: 11.05.2021

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In großer Dankbarkeit für ihre immerwährende Unterstützung widme ich diese Arbeit meinen Eltern

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Teile der vorliegenden Arbeit wurden bereits auf den folgenden Tagungen vorgestellt oder veröffentlicht:

Weber (2019):

„Prävalenz und Risikofaktoren für das Vorkommen von ESBL-E. coli bei Kälbern und Kühen in deutschen Milchviehbeständen“

Seminarreihe „Buiatrik“ der Klinik für Rinder der Tierärztlichen Hochschule Hannover Hannover, den 17.12.2019

Weber (2020)

„Prävalenz von ESBL-E. coli bei Kälbern und deren Müttern sowie Risikofaktoren für deren Vorkommen auf großen Milchviehbeständen in Deutschland“

14. Berlin-Brandenburgischer Rindertag Berlin, den 16.10.2020

Weber (2020)

„Prävalenz von ESBL-E. coli bei Kälbern und deren Müttern sowie Risikofaktoren für deren Vorkommen auf großen Milchviehbeständen in Deutschland“

Epi Days 2020 – Epidemiologie in der praktischen Anwendung Greifswald, den 05.11.2020

Bachmann (2021)

„Fütterung von Sperrmilch als Risikofaktor für das Vorkommen von fäkalen Extended Spektrum Beta-Laktamase (ESBL)-E. coli bei Saugkälbern auf großen Milchvieh- betrieben in Deutschland“

L. Weber, M. Heppelmann,K. Schaufler, S. Dreyer, T. Homeier, L. Bachmann 74. Jahrestagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie

Göttingen, den 05.03.2021

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Inhaltsverzeichnis

2.1. Antimikrobielle Resistenz ... 4

2.1.1.1 Bedeutung der AMR ... 4

2.1.1.2 Bedeutung der AMR auf europäischer Ebene ... 6

2.1.1.3 Bedeutung der AMR in Deutschland ... 7

2.1.2 Bakterielle AMR ... 7

2.1.2.1 Bakterielle Resistenzmechanismen ... 8

2.1.2.2 Verbreitungsmechanismen ... 9

2.1.2.3 Beta-Laktamasen ... 10

2.1.2.4 Extended-Spektrum-beta-Laktamasen ... 10

2.1.2.4.1 Bedeutung der Extended-Spektrum-beta-Laktamasen ... 14

2.1.2.5 AmpC-beta-Laktamasen ... 14

2.2 Escherichia coli ... 14

2.2.1 Merkmale ... 15

2.2.2 Vorkommen ... 15

2.2.3 Bedeutung ... 16

2.3 ESBL-E. coli ... 17

2.3.1 Vorkommen und Bedeutung von ESBL-E. coli bei Menschen ... 18

2.3.2 Übertragung von ESBL-E. coli zwischen Menschen, Tieren und Umwelt ... 19

2.3.3 Vorkommen und Bedeutung von ESBL-E. coli bei Tieren... 20

2.3.3.1 ESBL-E. coli aus der Schweinehaltung ... 20

2.3.3.2 ESBL-E. coli aus der Nutzgeflügelhaltung ... 21

2.3.3.3 ESBL-E. coli von Haus-, Zoo- und Wildtieren ... 22

2.4.1 ESBL-E. coli aus der Rinderhaltung ... 24

2.4.1.1 ESBL-E. coli bei Saugkälbern ... 25

2.4.1.2 ESBL-E. coli bei Mastkälbern ... 28

2.4.1.3 ESBL-E. coli bei Mastrindern ... 29

2.4.1.4 ESBL-E. coli aus Rindfleisch ... 30

1. Einleitung ... 1

2. Literaturübersicht ... 4

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2.4.1.5 ESBL-E. coli bei Milchkühen ... 30

2.4.1.6 ESBL-E. coli aus Milchproben ... 32

2.4.1.7 ESBL-E. coli aus Rindergülle fermentierenden Biogasanlagen ... 32

2.5 Risikofaktoren für das Vorkommen von ESBL-E. coli bei Rindern ... 34

2.5.1 Alter der Tiere ... 34

2.5.2 Tierzahl ... 35

2.5.3 Einsatz von Antibiotika ... 35

2.5.4 Sperrmilch-Fütterung ... 36

2.5.5 Sonstige Risikofaktoren ... 38

3.1 Material ... 40

3.1.1 Geräte und Materialien ... 40

3.1.2 Software und Internetseiten ... 43

3.2 Methoden ... 44

3.2.1 Studiendesign ... 44

3.2.2 Teilnahmekriterien ... 44

3.2.3 Probennahme und Transport ... 45

3.2.4 Fragebogen und weitere Datenerhebung ... 46

3.2.5 Laboruntersuchung ... 46

3.2.5.1 Bakteriologische Untersuchung ... 46

3.2.5.2 Anfertigung der Stammsammlung ... 47

3.2.6 Statistische Analyse ... 48

4.1 Teilnehmende Betriebe... 51

4.1.1 Charakteristika der Teilnehmer ... 51

4.1.1.1 Lokalisation und Betriebsstruktur ... 51

4.1.1.2 Haltung und Fütterung der Kühe ... 58

4.1.1.3 Melkmanagement ... 60

4.1.1.4 Trockenstellmanagement ... 61

4.1.1.5 Geburtsmanagement ... 62

4.1.1.6 Kälbermanagement ... 64

3. Material und Methoden ... 40

4. Ergebnisse ... 51

(7)

4.1.1.6.1 Kälberhaltung ... 64

4.1.1.6.2 Kolostrummanagement: ... 67

4.1.1.6.3 Kälberfütterung: ... 68

4.1.1.6.4 Gesundheitsmanagement: ... 73

4.1.1.7 Gesundheitsmanagement der Milchkuhherde ... 74

4.1.1.8 Reinigung- und Desinfektionsmanagement ... 75

4.1.1.9 Einsatz von Antibiotika ... 77

4.1.2 Benchmark-Report der Alta Deutschland GmbH ... 79

4.1.3 Probennahme ... 81

4.2 Laboruntersuchung ... 83

4.3 Statistische Auswertung ... 86

4.3.1 Test auf Normalverteilung ... 86

4.3.2 Logistische Regression ... 86

4.3.2.1 Univariable logistische Regression ... 86

4.3.2.2 Multivariable logistische Regression ... 88

4.3.3 Korrelation nach Pearson ... 90

4.3.4 Korrelation nach Spearman ... 91

4.3.5 Berechnung des maximalen Stichprobenfehlers ... 91

5.1 Material und Methoden ... 92

5.1.1 Probennahme ... 93

5.1.2 Laboruntersuchung ... 93

5.1.2.1 Bakteriologische Untersuchung ... 93

5.1.3 Statistische Analyse ... 95

5.2 Ergebnisse ... 95

5.2.1 Vorkommen von ESBL-E. coli ... 96

5.2.1.1 Vorkommen von ESBL-E. coli auf Herdenebene ... 96

5.2.1.2 Vorkommen von ESBL-E. coli bei den Saugkälbern ... 100

5.2.1.3 Vorkommen von ESBL-E. coli bei den Muttertieren ... 101

5.2.1.4 Vorkommen von ESBL-E. coli bei Saugkälbern und deren Muttertieren ... 103

5. Diskussion ... 92

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5.2.2 Gängige Praxis der Betriebe sowie Risikofaktoren für das Vorkommen

von ESBL-E. coli bei Saugkälbern und deren Muttertieren ... 106

5.2.2.1 Geburtenmanagement ... 106

5.2.2.1.1 Hygienemaßnahmen im Abkalbebereich ... 107

5.2.2.1.2 Gruppenhaltung kalbender Kühe... 108

5.2.2.1.3 Trennungszeitpunkt von Mutter und Kalb ... 110

5.2.2.2 Kälberhaltung ... 111

5.2.2.2.1 Kälberhaltung im Allgemeinen ... 111

5.2.2.2.2 Hygienemanagement in der Kälberhaltung ... 111

5.2.2.3 Kälberfütterung ... 113

5.2.2.3.1 Kolostrummanagement ... 113

5.2.2.3.2 Milch und Milchaustauscher ... 114

5.2.2.3.3 Sperrmilch-Fütterung der Kälber ... 115

5.2.2.3.4 Tränke-Hygienemanagement ... 118

5.2.2.3.5 Rau- und Kraftfutter ... 119

5.2.2.4 Gesundheitsmanagement ... 120

5.2.2.4.1 Prophylaxemaßnahmen bei den Saugkälbern ... 120

5.2.2.4.2 Prophylaxemaßnahmen bei den Milchkühen ... 121

5.2.2.4.3 Einsatz von Kälber-Behandlungsplänen ... 122

5.2.2.5 Antibiotikaeinsatz ... 124

5.2.2.5.1 Antibiotikaeinsatz im Allgemeinen ... 124

5.2.2.5.2 Antibiotikaeinsatz in der Mastitistherapie ... 126

5.2.2.5.3 Management antibiotisch behandelter Kühe ... 128

5.2.2.5.4 Antibiotikaeinsatz für das Trockenstellen ... 130

5.2.2.6 Melkhygiene ... 133

5.2.2.6.1 Trockene Reinigung der Zitzen ... 133

5.2.2.7 Tierbewegung ... 136

5.2.2.7.1 Zukauf ... 136

5.2.2.7.1 Auslagerung der Färsenaufzucht ... 136

5.2.2.8 Eigenproduktion des Grundfutters ... 139

5.2.2.9 Betriebsinterne Biogasanlage ... 140

(9)

5.2.3 Zusammenhang zwischen Betriebskennzahlen und ESBL-E. coli-

Prävalenz ... 141

5.3 Ausblick ... 142

9.1 Fragebogen ... 184

9.2 Benchmark-Report ... 199

6. Zusammenfassung ... 143

7. Summary ... 144

8. Literaturverzeichnis ... 145

9. Anhang ... 184

10. Danksagung ... 208

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Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

Abb. Abbildung Abs. Absatz

AIC Akaike-Information-Kriteriums AMR Antimikrobielle Resistenz

ARS Antibiotika-Resistenz-Surveillance AVS Antibiotika-Verbrauchs-Surveillance

BES Brazil-Extended-Spektrum-beta-Laktamase BfR Bundesinstitut für Risikobewertung

bla beta-Laktamase-Gen

BRD Bundesrepublik Deutschland bspw. beispielsweise

BVL Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit bzw. beziehungsweise

C Celsius

CTX-M Cefotaxim-München

DART Deutsche Antibiotika Resistenzstrategie DAEC diffus adhärente E. coli

DNA Desoxyribonukleinsäure E. coli Escherichia coli

ECM Energie korrigierte Milch EDTA Ethylendiamintetraacetat

EFSA European Food Safety Authority

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EAEC enteroaggregative E. coli EHEC enterohämorrhagische E. coli EIEC enteroinvasive E. coli

HUS enteropathisches hämolytisch-urämisches Syndrom EPEC enteropathogene E. coli

ETEC enterotoxische E. coli

ESBL Extended-Spektrum beta-Laktamase

ESVAC European Surveillance of Veterinary Antimicrobial Consumption et al. et alii

EU Europäische Union

ECDC Europäisches Zentrum für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten

EARS-Net European Antimicrobial Resistance Surveillance Network ESAC-Net European Surveillance of Antimicrobial Consumption Network ExPEC extraintestinal pathogene E. coli

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations GERM-Vet Nationales Resistenzmonitoring tierpathogener Bakterien GES Guiana-Extended-Spektrum-beta-Laktamase

GLASS Global Antimicrobial Resistence Surveillance System

h Stunde

InPEC intestinal pathogene E. coli

l Liter

mg Milligramm

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MHK Minimale Hemmkonzentration

min Minuten

ml Milliliter mm Millimeter

MRE Multiresistente Erreger

MRGN Multiresistente Gram-negative Erreger MRS Multiresistente Staphylokokken

NAHMS National Animal Health Monitoring Systems

Nr. Nummer

OIE World Organisation for Animal Health OXA Oxacillin

PCR Polymerase-Kettenreaktion PCU Populations-korrigierte Einheit PER Pseudomonas Extended Resistant p-Wert Signifikanzwert

RAPD Randomly amplified polymorphic DNA RKI Robert Koch-Institut

rpm Umdrehungen pro Minute

S. Satz

STEC Shigatoxin-bildende E. coli SHV Sulfhydryl Variable

Tab. Tabelle TEM Temoneira

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TLA Tlahuica Indianer TMR Totale-Misch-Ration

tsd tausend

UPEC uropathogene E. coli VE vollentsalzenes Wasser

VEB Vietnam-Extended-Spektrum-beta-Laktamase VTEC Verotoxin-bildende E. coli

WHO World Health Organisation WM Waste Milk (Sperrmilch) µl Mikroliter

µm Mikrometer

% Prozent

< kleiner als

= gleich

> größer als

≤ kleiner als oder gleich

≥ größer als oder gleich

§ Paragraf

® registrierte Warenmarke

° Grad

(14)

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- Einleitung -

1

1. Einleitung

Schon seit Tausenden Jahren leiden Menschen wie auch Tiere an Infektionen bakteriellen Ursprungs (Pálfi et al., 2015). Verlief eine Vielzahl von Infektionskrankheiten in der Vergangenheit oftmals tödlich, so wurden sie durch die Entdeckung von antimikrobiellen Wirkstoffen und der Vermarktung von Antibiotika im 20. Jahrhundert gut therapierbar (Finland, 1951). Auch wenn die sogenannte antimikrobielle Resistenz (AMR) als kreative Existenzsicherung bakterieller Infektionserreger schon lange vor der Einführung von Antibiotika existierte, förderte ihr übergreifender Einsatz die weitere Bildung und Verbreitung von AMR maßgeblich (Heisig et al., 2019). Innerhalb kurzer Zeit verloren selbst neu entwickelte antimikrobielle Wirkstoffe an Wirksamkeit und die Entstehung antimikrobiell resistenter Erreger ließ nicht lange auf sich warten (Heisig et al., 2019). Aufgrund der kontinuierlich steigenden Zahl von AMR im Gegensatz zu der sinkenden Zahl effektiv wirksamer Antibiotika hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) AMR inzwischen zu einer der größten Bedrohungen für die globale Gesundheit erklärt (WHO, 2014).

Verstärkt wird diese Problematik weiterhin durch die enge Verknüpfung der Gesundheit von Menschen, Tieren und der Umwelt. Da es sich bei einem Großteil resistenter, humanpathogener Erreger um sogenannte Zoonose-Erreger handelt, welche zwischen Menschen und Tieren übertragen werden können, spielt das One- Health-Konzept im Kampf gegen resistente Erreger eine zentrale Rolle (McEwen &

Collignon, 2018). Auf Grundlage dessen sind mittlerweile eine Reihe an Konzepten zur Bekämpfung von antimikrobiell resistenten Erregern entwickelt worden, unter anderem solche zur Minimierung des Antibiotikaeinsatzes in der Human- als auch in der Tiermedizin (§58d AMG).

Eine AMR zentraler Wichtigkeit ist derzeit die Resistenz gegenüber einem erweiterten Spektrum an beta-Laktam-Antibiotika (ESBL). Schon kurze Zeit nach ihrer Entdeckung hatten sich ESBL-Bildner mit zu den bedeutendsten Erregern nosokomialer Infektionen entwickelt, allen voran der sogenannte ESBL-produzierende Escherichia coli (E. coli) (NNIS, 2002). Da ESBL-E. coli zwischenzeitlich zu einer großen Gefahr für die globale Gesundheit geworden sind, hat die WHO diese im Jahr 2017 in die

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- Einleitung -

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kritische Kategorie der multiresistenten Erreger (MRE) eingeordnet, für welche dringend neue Antibiotika entwickelt werden müssen (WHO, 2017).

Anhand einer ganzen Reihe an wissenschaftlichen Studien zum Thema ESBL-E. coli und deren Vorkommen ist heutzutage ein guter Überblick über deren globale Verbreitung gegeben. Neben der Besiedelung des Menschen konnte das Vorkommen dieses Bakteriums darüber hinaus bei Nutz- und Haustieren als auch bei Wildtieren, Lebensmitteln und im Abwasser nachgewiesen werden (Bréchet et al., 2014;

Guenther, Aschenbrenner, et al., 2012; Guenther, Bethe, et al., 2012; Stedt et al., 2015; Tymensen et al., 2018). Durch die Entdeckung identischer bakterieller Klone bei Menschen und deren kontaktierten Tieren ist eine Übertragung der antimikrobiell resistenten Erreger untereinander als wahrscheinlich anzusehen (Bitrus et al., 2019;

Dahms et al., 2015; Schmiedel et al., 2014; Valentin et al., 2014).

Nutztierhaltungen stellen aufgrund dessen ein Reservoir und eine Infektionsquelle für die Bevölkerung dar, weshalb die Überwachung des Vorkommens der ESBL-Bildner in Nutztierbeständen von zentralem Interesse im Hinblick auf das One-Health-Konzept ist. Der RESET-Verbund des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) hat sich beispielsweise mit dieser Thematik auseinandergesetzt und in weit mehr als der Hälfte aller untersuchten Betriebe unterschiedlicher Nutztierarten ESBL-bildende E. coli nachgewiesen (RESET, 2012).

Von den in Deutschland gehaltenen Nutztieren machen Rinder (132.996 Rinderhaltungen) nach Nutzgeflügel und Schweinen den drittgrößten Anteil der lebensmittelliefernden Tiere aus. Die insgesamt knapp über 11,3 Millionen Rinder werden gleichwohl für die Milch- als auch die Fleischproduktion genutzt. Milchkühe bilden hierbei mit insgesamt 3.921.410 Tieren den größten Anteil in insgesamt 57.322 Milchviehbetrieben (Stand November 2020) (Destatis, 2020a). Ihre Haltungssysteme sind dabei überaus vielfältig und reichen noch heute von der kleinbäuerlichen Anbindehaltung bis hin zu modernsten, teils automatisierten Großbetrieben. Im Jahr 2020 liegt die Herdengröße deutscher Milchproduzenten laut dem Statistischen Bundesamt nach wie vor bei durchschnittlich 68 Kühen. Lediglich 19 % aller Betriebe

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- Einleitung -

3

halten im Schnitt mehr als 100 Milchkühe und beherbergen demzufolge insgesamt 56 % des gesamten deutschen Milchkuhbestands (Destatis, 2020a).

Rinderbestände sind im Allgemeinen weniger häufig mit multiresistenten E. coli besiedelt als Schweine oder Geflügelbestände. Obwohl adulte Rinder in der Regel selten ESBL-E. coli ausscheiden, bilden junge Saugkälber hierfür eine Ausnahme, da sie überraschend häufig mit ESBL-Bildnern kolonisiert sind (Watson et al., 2012). Die Datenlage zur ESBL-E. coli-Besiedelung von Kälbern in deutschen Milchviehbetrieben ist leider aktuell noch sehr eingeschränkt. So existiert derzeit lediglich eine einzige wissenschaftliche Veröffentlichung zu deren Vorkommen bei Kälbern aus kleinbäuerlichen Milchviehbetrieben des Süden Bayerns (Schmid et al., 2013).

Infolgedessen war das Ziel dieser Arbeit die Prävalenz ESBL-produzierender E. coli bei jungen Kälbern und deren Müttern in großen deutschen Milchviehbetrieben zu erheben sowie Risikofaktoren für deren Vorkommen innerhalb der Betriebe zu ermitteln. Darüber hinaus sollten Empfehlungen für das Betriebsmanagement zur Minderung des Vorkommens von ESBL-E. coli in Milchviehbetrieben abgeleitet werden.

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- Literaturübersicht -

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2. Literaturübersicht

2.1. Antimikrobielle Resistenz

Antimikrobielle Resistenz (AMR) ist ein Milliarden Jahre altes evolutionäres Phänomen zur Existenzsicherung von Mikroorganismen (Bhullar et al., 2012). Sie ist definiert als Widerstandsfähigkeit eines Organismus gegenüber antibiotischen Wirkstoffen und bezieht sich neben Bakterien auch auf Pilze, Viren und Parasiten (Selbitz et al., 2010).

2.1.1.1 Bedeutung der AMR

Im Jahr 1928 entdeckte Alexander Fleming durch Zufall die wachstumshemmenden Eigenschaften von Penicillium Schimmelpilzen auf Staphylokokken (Fleming, 2001).

Dies ist bis heute eine der bedeutendsten Entdeckungen der Medizingeschichte und gilt als Basis der Antibiotika-Forschung und -Entwicklung. Doch schon Fleming selbst warnte im Jahr 1945 in seinem Nobelpreis-Vortrag vor den Gefahren von AMR. Er selbst sagte „Es ist nicht schwer, Mikroben im Labor Penicillin-resistent zu machen, indem man sie Konzentrationen aussetzt, die nicht ausreichend sind, um sie abzutöten. Außerdem betonte er, dass dieses Phänomen auch im menschlichen Körper zu beobachten sei (Fleming, 1964).

Seit jener Zeit konnte eine Vielzahl neuer Antibiotikaklassen entdeckt und auf den Markt gebracht werden, allerdings ließen auch deren Resistenzen nicht lange auf sich warten. Nach der Markteinführung neu entwickelter Antibiotika folgte schon mehrfach noch im Jahr der Zulassung die erste Resistenzmeldung (Heisig et al., 2019). Die umfassende Anwendung von antimikrobiellen Wirkstoffen sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin fördert Resistenzbildung und -ausbreitung. Durch die Globalisierung und der damit einhergehenden Bewegung von Menschen, Tieren und Waren wird ihre Verteilung noch weiter verstärkt (Meyer, 2019). All dies hat inzwischen dazu geführt, dass laut der WHO AMR zu einer der größten Bedrohungen für die globale Gesundheit geworden ist. Der kontinuierliche Anstieg der Resistenzen in den letzten Jahrzehnten steht der sinkenden Zahl effektiv wirksamer Antibiotika gegenüber. Laut WHO wird es aufgrund dessen eines Tages möglicherweise keine

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wirksamen Antibiotika mehr geben, welche lebensbedrohliche Infektionen beherrschbar machen. Medizinische Behandlungen wie Chemotherapie für Krebspatienten, Diabetes Management, Organtransplantationen und weitere Operationen werden somit hochriskant (WHO, 2014). Schon heute liegen die geschätzten Todesfälle durch AMR weltweit bei 700.000. Bis zum Jahr 2050 könnte sich diese Zahl auf zehn Millionen Todesfälle erhöhen, wenn die aktuelle Forschung keine weiteren Durchbrüche erlangt (ROAR, 2014). Um das zu verhindern, hat die WHO im Jahr 2015 einen globalen 5-Stufen-Plan zur Bekämpfung von AMR erstellt.

Im selben Jahr wurde außerdem das Global Antimicrobial Resistance Surveillance System (GLASS) ins Leben gerufen. Es dient seither der standardisierten Erfassung, Analyse und Nutzung von AMR-Daten auf globaler Ebene. Zwei Jahre später veröffentlichte die WHO darüber hinaus eine Liste von Bakterien-Resistenz- Kombinationen, welche für die globale Gesundheit von größter Bedeutung sind und für die dringend neue Antibiotika entwickelt werden müssen. Oberste Priorität haben dabei folgende kritische Keime: Carbapenem-resistente Acitenobacter baumannii und Pseudomonas aeruginosa sowie Carbapenem-resistente und ESBL-produzierende Enterobacteriaceaen (WHO, 2017).

Im Kampf gegen AMR spielt das sogenannte One-Health-Konzept eine zentrale Rolle.

Es berücksichtigt die enge Verknüpfung der Gesundheit des Menschen mit jener der Tiere und der Umwelt. Mehr als die Hälfte der heute bekannten humanpathogenen Erreger zählen zu den sogenannten Zoonose-Erregern. Dies bedeutet, dass sie zwischen Mensch und Tier übertragen werden können und hat zur Folge, dass auch Resistenzen zwischen Mensch, Tier und Umwelt rasant verbreitet werden können (McEwen & Collignon, 2018). Aufgrund dessen sind neben der WHO noch weitere globale Organisationen im Kampf gegen AMR aktiv. Die Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) zielt darauf ab die Ausbreitung resistenter Erreger über alle Phasen der Lebensmittelkette zu verhindern. Sie ist an der Erarbeitung des Codex Alimentarius, welcher sich mit der Lebensmittelsicherheit auf globaler Ebene beschäftigt, beteiligt und veröffentlicht Resolutionen, inwiefern gegen die Verbreitung von Resistenzen vorgegangen werden sollte. Die World Organisation for Animal Health (OIE) hat als zwischenstaatliche Organisation das Ziel die weltweite

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Tiergesundheit zu verbessern und entwickelt internationale Standards und Richtlinien zum Schutz vor AMR.

2.1.1.2 Bedeutung der AMR auf europäischer Ebene

Auch auf europäischer Ebene stellen die seit vielen Jahren ansteigenden AMR-Raten ein Problem dar. Im Jahr 1998 fand diesbezüglich die Europäische Union (EU) Konferenz The Microbial Threat in Kopenhagen statt. Thematisiert wurde die Notwendigkeit europäischer und globaler Strategien zur Bekämpfung der Resistenzproblematik, da dies nicht allein auf nationaler Ebene lösbar sei (Mevius et al., 1999).

Seit jener Zeit hat die EU neben Richtlinien auch verbindliche Verordnungen für die Anwendung antibiotischer Wirkstoffe verabschiedet. Gegenstand ist ihr umsichtiger Einsatz in Human- und Veterinärmedizin (VO EG Nr. 1831/2003; 2015/C299/04).

Darüber hinaus sind diverse der EU unterstellte Institutionen mit der Überwachung von Antibiotikaverbrauch und -resistenz betraut. Das Europäische Zentrum für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten (ECDC) finanziert und koordiniert sowohl das European Antimicrobial Resistence Surveillance Network (EARS-Net) als auch das European Surveillance of Antimicrobial Consumption Network (ESAC-Net). Ihrer Benennung entsprechend setzen sich beide Netzwerke aus nationalen Überwachungssystemen zusammen, welche es ermöglichen, auf europäischer Ebene Daten zur aktuellen Resistenzlage sowie dem Antibiotikaverbrauch zu erfassen und zu analysieren (ECDC, 2015, 2018a). Für das Jahr 2015 hat das ECDC auf Grundlage der EARS-Net-Daten einen Bericht über AMR verfasst. Laut diesem Bericht beläuft sich die Zahl der Infektionen mit antimikrobiell-resistenten Keimen in der Europäischen Union und dem europäischen Wirtschaftsraum auf 671.689, davon endeten etwa 33.000 tödlich (Cassini et al., 2019). Auch die aktuellen Schätzungen belaufen sich nach wie vor auf über 25.000 Todesfälle (Heisig et al., 2019).

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7 2.1.1.3 Bedeutung der AMR in Deutschland

Auf nationaler Ebene ist die Bekämpfung von Resistenzbildung und -Ausbreitung ebenfalls seit vielen Jahren ein zentrales Thema. Schon im Jahr 1998 ist in der Neufassung des deutschen Arzneimittelgesetzes (§ 63 AMG) in Form einer allgemeinen Verwaltungsvorschrift Resistenzbildung als Risiko einer Arzneimittelwirkung aufgenommen worden (Löscher et al., 2016). Im Jahr 2008 hat das Bundesministerium für Gesundheit der Bundesrepublik Deutschland die Deutsche Antibiotika Resistenzstrategie (DART) entwickelt. Ein wichtiger Bestandteil der DART ist die großflächige Überwachung der aktuellen Resistenzlage. Um dies zu ermöglichen, wurde die sogenannte Antibiotika-Resistenz-Surveillance (ARS) ins Leben gerufen, die durch das Robert Koch-Institut (RKI) koordiniert wird. Sie liefert Daten, welche wiederum sowohl dem EARS-Net als auch GLASS zur Verfügung gestellt werden. Des Weiteren organisiert das RKI seit 2014 die Antibiotika- Verbrauchs-Surveillance (AVS). Auf Anstoß des Bundesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für Chemotherapie und der medizinischen Universität Freiburg wurde einst die Arbeitsgruppe GERMAP gegründet. Sie veröffentlicht seit 2008 regelmäßig Berichte über den aktuellen Antibiotikaverbrauch und die Verbreitung von AMR in der Human- und Veterinärmedizin in Deutschland (Germap, 2016).

Für das Jahr 2015 wurden in Deutschland 54.509 Infektionen mit bakteriellen Infektionserregern ermittelt, welche Unempfindlichkeiten gegenüber mehr als einer antimikrobiellen Wirkstoffklasse aufwiesen. 2.363 verliefen davon tödlich (Cassini et al., 2019).

2.1.2 Bakterielle AMR

Bakterielle AMR wird in der Medizin folgendermaßen definiert: Sobald sich Bakterien in Anwesenheit therapeutisch erforderlicher Konzentrationen eines Antibiotikums weiterhin vermehren, gelten sie als antibiotikaresistent (Hof et al., 2017).

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Jene Fähigkeit liegt natürlicherweise der Produktion von Antibiotika zugrunde. Um sich selbst vor den eigens hergestellten Antibiotika zu schützen, besitzen jene Antibiotika- bildenden Bakterien die Fähigkeit Antibiotika-inaktivierende Enzyme zu produzieren (Cassini et al., 2019; Heisig et al., 2019). Rückblickend betrachtet lief die Verbreitung von AMR schon lange vor dem therapeutischen Nutzen der Antibiotika und dem damit entstandenen Selektionsdruck durch den Menschen statt (Heisig et al., 2019).

Beispielsweise wird das Alter der Resistenzgene gegen Penicillin auf etwa 2 Milliarden Jahre geschätzt (Cassini et al., 2019). Trotz dessen beeinflusst und beschleunigt der Einsatz antimikrobiell wirksamer Medikamente die Selektion resistenter Bakterien maßgeblich (Meyer, 2019).

Es werden grundsätzlich zwei Arten von AMR unterschieden: primäre und sekundäre.

Als primär gelten Resistenzen, wenn Bakterien natürlicherweise aufgrund ihrer Gattung oder Spezies und deren damit verknüpften Mechanismen nicht auf antimikrobielle Wirkstoffe ansprechen. Sekundäre Resistenzen sind erworben.

Ehemals sensible Bakterien haben in diesem Fall Resistenzgene von anderen Mikroorganismen oder durch Mutation ihrer Haushaltsgene erlangt (Hagel, 2015;

Selbitz et al., 2010). Wenn Bakterien gegenüber mehr als einer Antibiotika-Klasse unempfindlich sind, spricht man von einer sogenannten Multiresistenz bzw. von multiresistenten Erregern (MRE), (EFSA, 2020a).

2.1.2.1 Bakterielle Resistenzmechanismen

Einer antibiotischen Unempfindlichkeit von Bakterien können mehrere unterschiedliche Mechanismen zugrunde liegen. Einerseits die Fähigkeit Enzyme zu bilden, welche durch Spaltung oder Modifikation des antibiotischen Wirkstoffes eine enzymatische Inaktivierung desselben verursachen. Bekanntestes Beispiel sind die sogenannten beta-Laktamase-bildenden Bakterien (Heisig, 2006). Andererseits könnte das Vermögen die Wirkstoffkonzentrationen des Antibiotikums am beabsichtigten Wirkort zu verringern ein weiterer zugrunde liegender Mechanismus sein. Dies ist sowohl über einen Permeabilitätsbarrieren-bedingten verminderten Influx, einen Transporter-vermittelten verstärkten Efflux oder die Bildung von

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Schutzproteinen möglich (Selbitz et al., 2010). Beispielhaft zu nennen sei hier die Bildung von Schutzproteinen Tetracyclin-resistenter bakterieller Infektionserreger (Heisig et al., 2019). Die Unempfindlichkeit gegen Antibiotika kann außerdem durch eine Veränderung der Zielstrukturen in der Bakterienzelle erzeugt werden. Dies ist die Folge von Mutationen, chemischen oder enzymatischen Modifikationen der antibiotischen Angriffsstellen (Wiedemann & Heisig, 2001). Dieses Prinzip wird unter anderem von Methicillin-resistenten Staphylokokken (MRS) genutzt (Schmitz, 2019).

Zu guter Letzt vermögen manche Bakterien antibiotisch gestörte Stoffwechselwege zu umgehen, indem sie einen alternativen Stoffwechselprozess entwickeln. Dies wird als sogenannter Stoffwechsel-Bypass bezeichnet und ist beispielsweise bei Vancomycin- resistenten Enterokokken anzutreffen (Mellmann, 2000).

2.1.2.2 Verbreitungsmechanismen

Resistenzgene können auf unterschiedliche Arten und Weisen innerhalb der Bakterienpopulation verbreitet werden. Bei der asexuellen Vermehrung durch Zweiteilung entstehen zwei Bakterienzellen mit identischem Genom, die einen sogenannten Klon bilden. Die Weitergabe der Resistenzgene auf die Nachkommen wird in diesem Fall als vertikale Transmission bezeichnet (Million-Weaver & Camps, 2014). Neben der vertikalen Genübertragung sind auch horizontale Übertragungswege von zentraler Wichtigkeit. Unterschieden werden drei Mechanismen: (1) Bei der Transduktion wird DNA mithilfe eines Vektors, beispielsweise einem Bakteriophagen, auf eine Bakterienzelle übertragen. (2) Als Transformation wird die Aufnahme von freier, in der Umwelt befindlichen, DNA durch eine Bakterienzelle bezeichnet. (3) Konjugation hingegen ist die direkte, Pilus- vermittelte DNA-Übertragung zwischen zwei Bakterienzellen. Dabei können Plasmide, Transposons oder Integrons ausgetauscht werden (Wichelhaus & Geisel, 2004).

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10 2.1.2.3 Beta-Laktamasen

Schon kurze Zeit nach Flemings Entdeckung der antibiotischen Wirksamkeit des Penicillins fand er heraus, dass Bakterien unter bestimmten Bedingungen gegen jenes unempfindlich wurden. Damals wusste er noch nicht, welcher Mechanismus dieser Resistenz zugrunde lag. 1940 fand Edward Abraham heraus, dass jene Bakterien ein Enzym produzierten, welches die Wirksamkeit des Penicillins außer Kraft setzte (Abraham & Chain, 1988). Die Rede ist von den sogenannten beta-Laktamasen:

Enzyme, welche durch hydrolytische Spaltung des beta-Laktam-Rings beta-Laktam- Antibiotika unwirksam machen. Sie stellen den wichtigsten Resistenzmechanismus gegen diese Antibiotika-Klasse dar und sind vorwiegend bei gramnegativen Bakterien anzutreffen (Tooke et al., 2019). Sie können sowohl chromosomal als auch Plasmid- codiert sein und in mehreren Kopien in der Zelle vorliegen (Partridge et al., 2011). Bei einem Großteil handelt es sich um sogenannte Serin-beta-Laktamasen, seltener um Metallo-beta-Laktamasen mit zentralem Zink-Ion (Naas et al., 2017). Zu ihrer Einteilung hat sich einerseits die molekulare Klassifikation nach Richard P Ambler anhand der Aminosäuresequenzen durchgesetzt. Demnach werden vier Klassen (A, B, C, D) unterschieden (Ambler, 1980). Andererseits haben Bush, Jacoby und Medeiros (1995) ein weiteres Schema zur Einteilung der beta-Laktamasen entworfen.

Hierbei handelt es sich um eine funktionelle Klassifikation, welche sich anhand des Substratspektrums orientiert (Bush et al., 1995). Heutzutage sind viele Klassen sowie annähernd 5000 verschiedene beta-Laktamase-Varianten bekannt (Stand September 2020), (Naas et al., 2017).

2.1.2.4 Extended-Spektrum-beta-Laktamasen

Durch den Erwerb von Punktmutationen und des daraus resultierenden Aminosäureaustauschs entstanden im Laufe der Jahre aus einfachen beta- Laktamasen solche Varianten mit erweitertem Substratspektrum. Es handelt sich um die sogenannten Extended-Spektrum-beta-Laktamasen (ESBL), (Naas et al., 2017).

Sie werden den Serin-beta-Laktamasen zugeordnet und besitzen neben einer guten Wirksamkeit gegen Amino- und Acylureidopenicillinen auch die Fähigkeit zur

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Wirksamkeitsminderung von Cephalosporinen der 1., 2., 3. und 4. Generation (Witte

& Mielke, 2003). Es werden 9 Familien an ESBL unterschieden: TEM, SHV, CTX-M, PER, VEB, GES, TLA, BES und OXA (Jacoby, 1994).

TEM:

Die beta-Laktamasen, welche heute in die Familie der TEM-beta-Laktamasen eingeordnet werden, wurden nach der griechischen Patientin mit Namen „Temoneira“

benannt. Bei ihr konnten jene Enzyme im Jahr 1965 zum ersten Mal nachgewiesen werden (Paterson & Bonomo, 2005). Heute sind über 200 Varianten bekannt, jedoch weisen nicht alle von ihnen ein erweitertes Substratspektrum auf und sind demzufolge keine ESBL (Naas et al., 2017). Einige Vertreter der TEM-beta-Laktamasen besitzen neben ihrer Eigenschaft als ESBL außerdem die Fähigkeit zur Vermittlung der Resistenz gegenüber beta-Laktamase-Inhibitoren (Ríos et al., 2015). Obwohl TEM- beta-Laktamasen bis in die 90er-Jahre am häufigsten in humanen Isolaten nachgewiesen worden sind, machten sie viele Jahre später nur noch einen geringeren Teil aus (Ewers et al., 2012).

SHV:

Das Akronym SHV steht für Sulfhydryl Variable. Diese beta-Laktamase wurde Anfang der 70er-Jahre erstmals in Klebsiellen entdeckt, in denen sie nach heutigem Wissensstand ubiquitär vorkommen (Babini & Livermore, 2000). Selten sind Vertreter dieser Familie neben einem erweiterten Substratspektrum auch Inhibitor-resistent (Manageiro et al., 2010). Derzeit sind nahezu 200 Typen bekannt, wobei nicht alle von ihnen ein erweitertes Substratspektrum aufweisen und demzufolge keine ESBL sind (Liakopoulos et al., 2016). Obwohl sie im Laufe der letzten Jahre weniger häufig nachgewiesen wurden als noch vor einigen Jahren, sind sie noch regelmäßig in humanen und tierischen Isolaten anzutreffen (Ewers et al., 2012; Liakopoulos et al., 2016; Paterson & Bonomo, 2005).

CTX-M:

Die Bezeichnung CTX-M beruht auf der phänotypischen Resistenz gegenüber dem Cephalosporin Cefotaxim und dem Ort der Erstisolierung Ende der 80er-Jahre in

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München (Bauernfeind et al., 1990). Ursprünglich entstammen jene Resistenzgene den Chromosomen bestimmter Kluyvera Spezies. Heute sind über 150 verschiedene Typen beschrieben, welche sich fünf phylogenetischen Gruppen zuordnen lassen:

CTX-M-1, CTX-M-2, CTX-M-8, CTX-M-9 und CTX-M-25 (Naas et al., 2017). Sie sind seit einigen Jahren die weltweit prädominant vertretenen beta-Laktamasen (Kim et al., 2018; Livermore et al., 2007).

PER:

Im Jahr 1991 wurde in Frankreich aus Pseudomonaden zum ersten Mal eine bis dato unbekannte beta-Laktamase isoliert (Danel et al., 1995). Ihr Name PER steht für Pseudomonas Extended Resistant. ESBL dieser Familie konnten seither vorwiegend in der Türkei und in Südamerika nachgewiesen werden (Bauernfeind et al., 1996;

Bradford, 2001). Obwohl auch vereinzelte Funde in Europa und Korea zu vernehmen waren, sind PER-beta-Laktamasen insgesamt eher selten isolierbar (Claeys et al., 2000; De Champs et al., 2002; Pagani et al., 2004; Yong et al., 2003).

VEB:

Die Vietnam-Extended-Spektrum-, kurz VEB-beta-Laktamase wurde erstmals 1996 aus E. coli-Bakterien eines vietnamesischen Waisenkinds in Frankreich isoliert (Poirel et al., 1999). Strukturell ähneln sie am ehesten den PER-beta-Laktamasen und gehören ebenfalls zu den eher unregelmäßig nachzuweisenden ESBL (Bradford, 2001). Bisherige Berichte beschränken sich neben Vietnam auf die Länder Thailand, China und Kuweit (Girlich et al., 2001; Jiang et al., 2005; Poirel, Rotimi, et al., 2001).

GES:

In Klebsiellen eines erkrankten Säuglings wurde 1998 in Frankreich die sogenannte GES-beta-Laktamase entdeckt (Poirel et al., 2000). Dieser war kurz zuvor aus Französisch-Guyana überführt worden, weshalb das Enzym die Bezeichnung Guiana- Extended-Spektrum-beta-Laktamase erhielt (Weldhagen, 2006). Einige ESBL aus dieser Familie weisen eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber beta-Laktamase- Inhibitoren auf. Neben Südamerika konnten GES-ESBL auch in Europa und Afrika nachgewiesen werden (Poirel, Weldhagen, et al., 2001).

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13 TLA:

Eine ebenfalls aus Amerika stammende ESBL ist die nach den Tlahuica Indianern benannte TLA-ESBL. Sie wurde 1992 erstmals aus E. coli in Mexiko isoliert (Silva et al., 2000). Diese Plasmid-codierte beta-Laktamase konnte im Laufe der Jahre regelmäßig in Klebsiella pneumoniae-Isolaten in mexikanischen Krankenhäusern nachgewiesen werden (Alcantar-Curiel et al., 2004).

BES:

Wenige Jahre nach der Entdeckung der TLA-ESBL wurde in Rio de Janeiro eine weitere bisher unbekannte beta-Laktamase gefunden. Die sogenannte Brazil- Extended-Spektrum-beta-Laktamase ist 1996 aus einer Serratia marcescens Probe isoliert worden (Bonnet et al., 2000; Bradford, 2001). Seither konnte sie ausschließlich in Enterobacteriaceae nachgewiesen werden (Jacoby & Munoz-Price, 2005).

OXA:

Die Familie der OXA-beta-Laktamasen gehört zu den ältesten bekannten beta- Laktamasen. Sie wurden in den 1960er-Jahren in der Türkei bei Pseudomonas aeruginosa-Isolaten entdeckt und ihr Name beruht auf ihrer Fähigkeit Oxacillin zu hydrolysieren (Hedges et al., 1974; Paterson & Bonomo, 2005). Die etwa 500 heute bekannten Varianten weisen aufgrund dessen die größte genetische Variabilität und Diversität aller beta-Laktamasen auf (Matthew & Hedges, 1976; Naas et al., 2017). Per Definition sind allerdings verhältnismäßig wenige Vertreter tatsächlich beta- Laktamasen mit erweitertem Substratspektrum. OXA-beta-Laktamasen können sowohl chromosomal als auch Plasmid-codiert sein und besitzen eine unterschiedliche Sensitivität gegenüber beta-Laktamase-Inhibitoren (Leonard et al., 2013; Tooke et al., 2019). Seit Jahrzehnten sind sie regelmäßig isolierbar, global verbreitet und neben einer Vielzahl an gramnegativen Bakterien mittlerweile sogar in grampositiven Bakterien zu finden (Lascols et al., 2013; Poirel et al., 2012; Toth et al., 2016).

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2.1.2.4.1 Bedeutung der Extended-Spektrum-beta-Laktamasen

Seit den 80er-Jahren sind ESBL-bildende Bakterien in Europa vermehrt in den Fokus der medizinischen Forschung gerückt (Knothe et al., 1983; Philippon et al., 1989).

Innerhalb weniger Jahre entwickelten sich ESBL-Bildner weltweit mit zu den bedeutendsten Erregern nosokomialer Infektionen (Marty & Jarlier, 1998; NNIS, 2002).

In der Veröffentlichung der WHO aus dem Jahr 2017 sind ESBL-bildende sowie Carbapenem-resistente Bakterien zur kritischen Kategorie und somit der obersten Priorität antibiotikaresistenter Pathogene erklärt worden. Laut WHO müssen gegen diese äußerst bedrohlichen Erreger dringend neue Antibiotika entwickelt oder gefunden werden.

2.1.2.5 AmpC-beta-Laktamasen

Zu den Serin-beta-Laktamasen werden nach Ambler neben den ESBL des Weiteren die sogenannten AmpC-beta-Laktamasen zugeordnet (Ambler, 1980). Es handelt sich hierbei ebenfalls um Cephalosporinasen, welche sowohl chromosomal als auch plasmidal codiert sein können (Philippon et al., 2002; Pitout & Laupland, 2008). Jene Enzyme vermögen alle beta-Laktam-Antibiotika außer Cephalosporine der 4.

Generation und Carbapeneme zu spalten (Jacoby, 2009). Viele Enterobacteriaceaen besitzen natürlicherweise AmpC-codierende Gene, welche normalerweise lediglich in geringem Maße exprimiert werden. Eine Mutation innerhalb des AmpC-Gen- Promotors kann eine Überproduktion der beta-Laktamasen zur Folge haben, welche wiederum zur Manifestation der Antibiotikaresistenz führt (Jacoby, 2009). Da eine Co- Existenz von AmpC, ESBL und Carbapenemase-codierenden Genen keine Seltenheit ist, wird die Identifikation von AmpC durch herkömmliche Resistenz-Phänotypisierung stark erschwert (Grover et al., 2013; Poulou et al., 2014).

2.2 Escherichia coli

Escherichia coli (E. coli) ist ein Darmbakterium, das im Jahr 1885 von Theodor Escherich, einem deutschen Humanmediziner, entdeckt und später nach jenem

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benannt worden ist (Escherich, 1886). Es wird der Familie der Enterobacteriaceaen zugeordnet und gehört zu den ersten Bakterien, welche physiologischerweise den Darm Neugeborener besiedeln (Mackie et al., 1999).

2.2.1 Merkmale

E. coli ist ein gerades, peritrich begeißeltes, motiles, sporenloses, gramnegatives Stäbchen. Seine Größe beträgt 1,1-1,5 x 2,0-6,0µm. Es ist in der Lage unter Gasbildung Glukose, Laktose und Mannitol zu vergären und Indol zu bilden (Hof et al., 2017; Selbitz et al., 2010). In der Literatur sind allerdings auch geißellose, nicht motile, kapselbildende oder auch laktosenegative Isolate beschrieben (Burkhardt et al., 2009;

Selbitz et al., 2010). Die Größe der E. coli-Genome variiert zwischen 4,6 Megabasenpaaren (Mbp) und 5,5 Mbp. Dies wird durch intensiven horizontalen Gentransfer und reduktive Evolution erklärt. E. coli Bakterien weisen eine hohe Variabilität auf und zeichnen sich durch eine starke Anpassungsfähigkeit aus. Sie können sowohl in feuchter als auch trockener Umgebung, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen mehrere Monate lang persistieren (Kramer et al., 2006).

1944 haben Kaufmann et al. ein Schema für die serologische Typisierung von E. coli Isolaten eingeführt. Auch heute werden jene noch über dieses modifizierte Schema anhand von Serovaren sowie Virulenz- und Fitnessfaktoren typisiert (Selbitz et al., 2010). Differenziert werden die Serotypen anhand von O-Antigenen (Oberflächenantigene), H-Antigenen (Geißelantigene), F-Antigenen (Fimbrienantigene) und K-Antigenen (Kapselantigene) (Hof et al., 2017).

2.2.2 Vorkommen

Escherichia coli kann sowohl bei Pflanzen als auch bei einer Vielzahl von Tieren nachgewiesen werden. Es ist ein wichtiger Bestandteil der Kommensale von Säugetieren und kolonisiert natürlicherweise den unteren Darmtrakt. Das Vorkommen von E. coli in der Mikrobiota wird durch eine Vielzahl an Faktoren beeinflusst, beispielhaft zu nennen sind die Ernährungsweise, der Aufbau des Verdauungstrakts

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und die Körpergröße des Individuums (Ge et al., 2021; Gordon & Cowling, 2003). Auch wenn über E. coli Bakterien schon seit vielen Jahrzehnten geforscht wird, ist ihre Rolle für und die Interaktion mit dem Wirt und anderen Darmorganismen nach wie vor noch weitgehend ungeklärt. Umwelt besiedelnde E. coli liegen in der Regel einer fäkalen Kontamination zugrunde. Gordon and Cowling et al. fanden 2003 in ihren Untersuchungen heraus, dass Frösche und Reptilien in menschennaher Umgebung einen deutlich höheren Gehalt an E. coli-Bakterien als Teil ihres Mikrobioms aufwiesen als solche, die in vom Menschen weitgehend unberührten Arealen lebten.

Aufgrund der diversen Habitate werden intestinal und extraintestinal, pathogene sowie apathogene E. coli unterschieden. Die Pathogenität liegt der Akquirierung von Virulenz- und Fitnessgenen zugrunde (Selbitz et al., 2010). Bei den intestinalen pathogenen E. coli (InPEC) werden folgende Pathotypen unterschieden:

enterotoxische E. coli (ETEC), enterohämorrhagische E. coli (EHEC), die auch als Shigatoxin-like-bildende E. coli (STEC) oder Verotoxin-bildende E. coli (VTEC) bezeichnet werden, enteropathogene E. coli (EPEC), enteroinvasive E. coli (EIEC), enteroaggregative E. coli (EAEC) und diffus adhärente E. coli (DAEC) (Russo &

Johnson, 2000). Allesamt führen zu Enteritis unterschiedlicher Form und Ausprägung und haben zoonotisches Potenzial. Auch E. coli-Infektionen außerhalb des Darmtraktes kommen häufig vor. In diesem Fall sind extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) verantwortlich. Uropathogene E. coli (UPEC) sind häufige Erreger bakterieller Harnwegsinfektionen, allerdings kann auch eine Kontamination oder Bakteriämie mit allen bereits aufgeführten E. coli-Pathotypen in nahezu jedem Organ oder anatomischer Struktur zu einer Infektion mit denselben führen (Russo & Johnson, 2000).

2.2.3 Bedeutung

Laut dem Gesetz zur Verhütung und Bekämpfung von Infektionskrankheiten beim Menschen besteht seit dem Jahr 2000 eine Meldepflicht für den Nachweis von EHEC sowie weiteren darmpathogenen E. coli und das enteropathische hämolytisch- urämische Syndrom (HUS) (§6 Abs. 1 S. 1f IfSG, §7 Abs. 1 S. 13a, b IfSG). ETEC-

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17

Infektionen des Menschen kommen vorwiegend in Ländern mit niedrigerem Hygienestandard vor. Die Kontamination des Trinkwassers führt dort zu Durchfällen, welche bei Erwachsenen selbstlimitierend verlaufen, bei Säuglingen und Kleinkindern jedoch lebensbedrohlich werden können (Gupta et al., 2008). Ein Großteil der Reisediarrhöen liegen einer Infektion mit ETEC zugrunde. Seltener sind Erkrankungen durch EHEC zu vernehmen, allerdings können diese bei schwerer Verlaufsform die sogenannte hämorrhagische Colitis auslösen und als Komplikation zu HUS führen (Tarr et al., 2005). Verantwortlich ist meist eine ungenügende Lebensmittelhygiene sowie eine unzureichende Erhitzung von Fleischprodukten. Als wichtigstes Reservoir für EHEC gelten jegliche Arten von Wiederkäuern. Meist als symptomlose Träger sind nur selten klinisch manifeste Infektionen bei ihnen festzustellen (Karch, 2009). In ihrer Gesamtheit gelten E. coli-Bakterien heutzutage als die häufigsten Erreger nosokomialer Infektionen (Hof et al., 2017; NRZ, 2017).

Auch in der Landwirtschaft und der Tiermedizin spielen E. coli-Infektionen eine wichtige Rolle. Die bedeutendsten Erkrankungen verursacht durch InPEC bei Haus- und Nutztieren sind die Coliruhr der Saug- und Absatzferkel, die Ödemkrankheit der Absatzferkel, E. coli-Diarrhoe der neugeborenen Kälber, EPEC-Enterocolitis der Kaninchen und ETEC-, EPEC- und STEC-Durchfälle bei Kälbern, Lämmern, Ziegen, Schweinen, Wild sowie Hunden und Katzen. Teilweise handelt es sich um wirtsspezifische Erreger, ein Großteil der Erreger weist jedoch zoonotisches Potenzial auf. Als die wichtigsten ExPEC-Erkrankungen bei Haus- und Nutztieren gelten die coliforme Mastitis der Sauen, die E. coli-Septikämie von Kälbern und Lämmern, die Coli-Mastitis der Milchkühe, die Colibakteriose des Wirtschaftsgeflügels, die E. coli- Endometritis der Equiden sowie Infektionen mit UPEC bei Hund und Katze (Selbitz et al., 2010).

2.3 ESBL-E. coli

Im Jahr 1965 wurde der Bericht über eine Patientin aus Griechenland veröffentlicht, bei welcher erstmals ESBL-produzierende E. coli nachgewiesen werden konnten. Die Rede ist von Frau Temoneira, welche bereits im Zuge der TEM-beta-Laktamasen

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(siehe S. 11) erwähnt wurde (Paterson & Bonomo, 2005). Größere Bekanntheit erlangten ESBL-E. coli allerdings erst Ende des 20. Jahrhunderts durch eine Reihe nosokomialer Ausbrüche im europäischen Raum (Bauernfeind & Hörl, 1987; Paterson

& Bonomo, 2005; Philippon et al., 1989). Derzeit gelten ESBL-E. coli als die Erreger, welche die häufigsten nosokomialen Infektionen mit antimikrobiell resistenten Bakterien verursachen (NRZ, 2017).

2.3.1 Vorkommen und Bedeutung von ESBL-E. coli bei Menschen

Für das Jahr 2015 wurden in der EU insgesamt 297.416 Infektionen mit ESBL-E. coli registriert. Davon endeten 9.066 Fälle tödlich (Cassini et al., 2019). Obwohl laut dem EARS-Net seit dem Jahr 2000 bis 2014 erst ein deutlicher Anstieg in Deutschland zu vernehmen war, sinken die Zahlen seit 2015 wieder (ECDC, 2015, 2018a). Infektionen mit ESBL-E. coli in der Humanmedizin betreffen überwiegend die Harnwege, Wunden und die Blutbahn (KRINKO, 2012; Peña et al., 2006). Seltener kommt es zu klinischen Infektionen des Darmtrakts oder zu Meningitiden bei Kleinkindern. Für die Übertragung in medizinischen Einrichtungen stehen indirekte Kontaktinfektionen (z. B. durch das medizinische Personal) im Vordergrund (KRINKO, 2012). Ermittelte Risikofaktoren für eine nosokomiale ESBL-E. coli-Infektion beim Menschen sind die Dauer des Krankenhausaufenthalts, das Vorliegen schwerer Erkrankungen oder von Harnwegsinfektionen und der Einsatz von beta-Laktam-Antibiotika sowie Fluorchinolonen (Lautenbach et al., 2001; Lucet et al., 1996; Xiao et al., 2019; Zhu et al., 2019). Bei ambulant erworbenen ESBL-E. coli-Infektionen gelten ein hohes Alter, Diabetes mellitus, Harnwegsinfektionen und -pathologien, zurückliegende Krankenhausaufenthalte sowie die Einnahme eines Antibiotikums (Fluorchinolone) innerhalb der letzten 3 Monate als Risiko (Bisson et al., 2002; Koksal et al., 2019;

Reuland et al., 2016; Rodríguez-Baño et al., 2004). Ende des 20. Jahrhunderts waren TEM und SHV noch die am häufigsten nachzuweisenden beta-Laktamasen der MRGN (multiresistente gramnegative Erreger) in der Humanmedizin. Seit Anfang des 21.

Jahrhunderts sind jene allerdings durch die des CTX-M-Typs abgelöst worden, welche heute sowohl im klinischen als auch im ambulanten Sektor prädominant vertreten und

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global verbreitet sind (Cantón et al., 2012; Kim et al., 2018). Von den ungefähr 150 verschiedenen CTX-M-beta-Laktamasen ist sowohl in Europa als auch in den USA, Afrika und Asien der dominante Subtyp die CTX-M-15-ESBL (Dziri et al., 2016;

Hayakawa et al., 2013; Kanamori et al., 2017; Merino et al., 2018; Musicha et al., 2017;

Otter et al., 2019; Runcharoen et al., 2017; Sidjabat & Paterson, 2015). In China herrscht derzeit die CTX-M-14-ESBL vor, allerdings steigt die Anzahl der nachgewiesenen CTX-M-15-ESBL auch dort kontinuierlich an (Li et al., 2017; Quan et al., 2017; Zhang et al., 2014). Daten aus Deutschland ermitteln ebenfalls die CTX-M- 15 sowie die CTX-M-1 als dominant vertretene ESBL (Schmiedel et al., 2014; Wu et al., 2013).

Aufgrund der dargelegten Problematik wird die Verbreitung von ESBL-E. coli inzwischen weltweit sorgfältig überwacht und mit Nachdruck an Strategien zur Eindämmung geforscht (Chong et al., 2018).

2.3.2 Übertragung von ESBL-E. coli zwischen Menschen, Tieren und Umwelt Da die ESBL-kodierenden Gene oftmals auf Plasmiden lokalisiert sind, ist eine Übertragung derselben zwischen Bakterien sowohl vertikal als auch horizontal möglich (Partridge et al., 2011). Aufgrund dessen ist eine Verbreitung von Resistenzgenen, ESBL tragenden Plasmiden oder gar ESBL-bildenden-Bakterien zwischen Menschen, Tieren und Umwelt schon seit langem in der Diskussion. Da in mehreren Untersuchungen sowohl in Human- als auch in Tierisolaten die identischen ESBL- Gene nachgewiesen werden konnten, ist ein zoonotisches Potential von ESBL- E. coli wahrscheinlich (Bitrus et al., 2019; Dahms et al., 2015; Schmiedel et al., 2014; Valentin et al., 2014). Studien über das Vorkommen von ESBL-E. coli in Nutztierhaltungen, Wildtieren, Lebensmitteln und Abwasser zeigen das Ausmaß deren großflächiger Verbreitung (Bréchet et al., 2014; Guenther, Aschenbrenner, et al., 2012; Guenther, Bethe, et al., 2012; Stedt et al., 2015; Tymensen et al., 2018). Als potenzielle Übertragungswege kommen neben der direkten Übertragung auch eine indirekte Übertragung durch Vektoren wie beispielsweise Insekten oder den Konsum von

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kontaminierten Lebensmitteln in Frage (Kaesbohrer et al., 2019; Meyer et al., 2012;

Wetzker et al., 2019).

2.3.3 Vorkommen und Bedeutung von ESBL-E. coli bei Tieren

Im Gegensatz zum humanen Bereich, in dem das GLAS-System der standardisierten Erfassung, Analyse und Nutzung von globalen AMR-Daten dient, gibt es im Bereich der Veterinärmedizin kein vergleichbares globales Surveillance-System.

Infolgedessen findet die internationale AMR-Überwachung bei Tieren auf variierendem Niveau statt. In der EU wird die AMR von Zoonoseerregern bei Tieren auf Grundlage des Durchführungsbeschlusses 2013/652/EU der Richtlinie 2003/99/EG kontrolliert.

Kommensale ESBL-E. coli aus dem Blinddarminhalt von Broilern, Mastputen, Kälbern, Jungrindern und Mastschweinen sind Bestandteil des Monitorings, dessen Ergebnisse regelmäßig durch die European Food Safety Authority (EFSA) ausgewertet und veröffentlicht werden (BMEL, 2019). Auf nationaler Ebene wird neben der Ausführung der Richtlinie 2003/99/EG außerdem das Nationale Resistenzmonitoring tierpathogener Bakterien (GERM-Vet) durchgeführt. Dieses Programm umfasst neben der Proben aus dem Lebensmittel liefernden Bereich außerdem Isolate von erkrankten, nicht Lebensmittel liefernden Tieren (BMEL, 2019). Seit Beginn der Überwachung ist ein kontinuierlicher Anstieg des Auftretens ESBL-bildender E. coli zu beobachten (Germap, 2016).

2.3.3.1 ESBL-E. coli aus der Schweinehaltung

Der erste Nachweis von ESBL-E. coli in Proben von Schweinen gelang im Jahr 2002 in China, es handelte sich dabei um beta-Laktamasen des CTX-M-Typs (Duan et al., 2006). Auch heutzutage sind dies noch die global prädominanten beta-Laktamasen beim Schwein (Dang et al., 2018; Faccone et al., 2019; van Breda et al., 2018). In Asien ist sowohl der Subtyp CTX-M-14 als auch CTX-M-15 stark vertreten (Liu et al., 2018; Shafiq et al., 2019). In Europa wird im Gegensatz dazu am häufigsten die CTX- M-1-ESBL aus Schweinehaltungen isoliert (Dohmen et al., 2017; Lucas et al., 2018;

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21

Schink et al., 2011). Allerdings hat eine Untersuchung aus Portugal kürzlich festgestellt, dass dort aktuell auch die Prävalenz CTX-M-15-bildender ESBL- E. coli am höchsten ist (Fournier et al., 2020). Untersuchungen aus Deutschland konnten für das Jahr 2012 eine ESBL-E. coli-Herdenprävalenz von 85 % feststellen (Hering et al., 2014). Im Jahr 2014 war die Prävalenz deutscher Schweinebetriebe auf 61 % gesunken (Fischer et al., 2017). Auf Einzeltierebene liegt die Prävalenz laut Friese et al. (2013) in deutschen Schweinezuchtbetrieben bei 56 %, in Schweinemastbetrieben bei etwa 44 %. Sehr ähnliche Daten sind im Rahmen des deutschen Zoonose- Monitorings des BVL erhoben worden, dort wurden aus 53,9 % der Zuchtsauen- Kotproben sowie aus 45,6 % der Mastschweine-Kotproben ESBL-bildende E. coli isoliert (BVL, 2018). Für deren Vorkommen in Schweinebeständen wurden in mehreren Untersuchungen die Verwendung sowie die Höhe der verabreichten Menge an beta-Laktam-Antibiotika, vor allem Cephalosporinen als statistisch signifikanter Risikofaktor ermittelt (Dohmen et al., 2017; Fournier et al., 2020). Hering et al. (2014) hatten darüber hinaus noch weitere Risikofaktoren aus Bereichen des Hygienemanagements entdecken können.

2.3.3.2 ESBL-E. coli aus der Nutzgeflügelhaltung

Ähnlich wie bei den Schweinen erfolgte auch der erste Nachweis von ESBL-bildenden E. coli beim Nutzgeflügel Anfang der 2000er-Jahre. Aus den Kotproben gesunder spanischer Hühner konnten CTX-M-14 und SHV-12-bildende E. coli isoliert werden.

Wenige Jahre später war die Prävalenz und die Diversität der ESBL-E. coli in Spanien schon deutlich gestiegen (Briñas et al., 2005; Briñas et al., 2003). Seither wurden weltweit eine Vielzahl an Untersuchungen zum Vorkommen von ESBL- E. coli in der Nutzgeflügelhaltung durchgeführt, welche eine vergleichsweise höhere Prävalenz in asiatischen und europäischen Ländern zeigen konnten (Eid & Samir, 2019; Ewers et al., 2012; Kojima et al., 2005; Maciuca et al., 2015). Studien aus Afrika und Rumänien verzeichneten ein dominantes Vorkommen der CTX-M-15-E. coli bei Masthähnchen (Falgenhauer et al., 2018; Maciuca et al., 2015). In den meisten europäischen Ländern ist hingegen die CTX-M-1 ESBL am höchsten vertreten (Dierikx et al., 2010; Mo et al.,

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2019; Niero et al., 2018; Päivärinta et al., 2020; SWEDRES/SVARM, 2019; Touzain et al., 2018). Nachdem in Dänemark noch vor wenigen Jahren vor allem SHV und TEM- beta-Laktamasen aus E. coli bei gesundem Geflügel nachzuweisen waren, werden mittlerweile auch dort am häufigsten CTX-M-1-beta-Laktamasen isoliert (Danmap, 2016; Olsen et al., 2014). Mastgeflügel scheint grundsätzlich deutlich häufiger mit ESBL-E. coli kolonisiert zu sein als Legehennen (Agersø et al., 2014; Brower et al., 2017). Mo et al. eruierten 2016 eine Prävalenz von knapp 14 % bei Elterntieren und 22,5 % bei Broilern in Norwegen. Des Weiteren ermittelten sie die Einstallung von Tieren in einen Stall, der vormals von einer ESBL-E. coli-positiven Herde bewohnt war, sowie die Existenz von mehr als zwei Elterntierherden im Betrieb und die Durchführung des Desinfektionsmanagements als statistisch signifikante Risikofaktoren für das Vorkommen von ESBL-E. coli in Broilerhaltungen (Mo et al., 2016). Untersuchungen aus Deutschland zeigen tendenziell einen leichten Rückgang der Cefotaxim- resistenten E. coli bei Nutzgeflügel. Puten haben hierbei im Schnitt eine höhere Prävalenz als Masthähnchen oder Legehennen (Germap, 2016). Laube et al. fanden 2013 heraus, dass bereits 32 % der untersuchten Eintagsküken mit ESBL und AmpC- bildenden E. coli kolonisiert sind und die Prävalenz sich mit zunehmendem Alter statistisch signifikant erhöht. Laut BVL konnten außerdem bei Masthähnchen aus ökologischen Betrieben signifikant niedrigere Ausscheidungsraten gefunden werden als bei Masthähnchen konventioneller Betriebe (BVL, 2019). ESBL-E. coli werden nicht nur regelmäßig aus Proben von lebendem Nutzgeflügel isoliert, auch der Nachweis aus Geflügelfleisch ist häufig möglich. Eine deutsche Studie berichtet, dass 44 % des untersuchten Geflügelfleisches mit ESBL-bildenden Enterobacteriaceaen, vor allem E. coli, belastet war (Kola et al., 2012).

2.3.3.3 ESBL-E. coli von Haus-, Zoo- und Wildtieren

Im Jahr 1988 wurden in Japan erstmals zufälligerweise ESBL-bildende E. coli bei Versuchshunden entdeckt (Matsumoto et al., 1988). Zehn Jahre später gelang der Nachweis erneut bei einem spanischen Hund, der zu diesem Zeitpunkt an schlecht behandelbaren, wiederkehrenden Harnwegsentzündungen litt (Teshager et al., 2000).

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Aufgrund des engen Zusammenlebens von Menschen und ihren Haustieren und der potenziellen Übertragbarkeit untereinander sind Haustiere anschließend vermehrt in den Fokus der Forschung antibiotikaresistenter Erreger gerückt. Europa übergreifende Untersuchungen konnten eine ESBL-E. coli-Prävalenz von 5,6 % bei erkrankten Hunden und Pferden feststellen, etwa 70 % der analysierten Proben stammten dabei von Harnwegsinfektionen. Die am häufigsten zu isolierende beta-Laktamase war dabei CTX-M-15 (Ewers et al., 2010). Dieses Ergebnis deckt sich mit denen aus weiteren europäischen Studien (Bogaerts et al., 2015; Schink et al., 2011). Im Zuge der GERM- Vet-Studie wurden im Jahr 2006 in Deutschland erstmals CTX-M-1-bildende E. coli nachgewiesen (Schink et al., 2011). Jene beta-Laktamase ist auch bei E. coli aus Proben von Hunden und Katzen aus den Niederlanden am häufigsten isoliert worden (Dierikx et al., 2012). Kaspar et al. ermittelten im Jahr 2016 eine Prävalenz von 3,6%

bei deutschen Hunden und fanden heraus, dass kastrierte Rüden signifikant häufiger mit ESBL-E. coli kolonisiert waren als nicht kastrierte Rüden (Kaspar et al., 2018).

Bei Pferden aus Europa sind ebenfalls CTX-M-1 und CTX-M-15-bildende E. coli dominant vertreten (Dierikx et al., 2012; Hordijk et al., 2020). Ihre Prävalenz scheint bei Anwesenheit in medizinischen Einrichtungen deutlich höher zu sein. Die Untersuchungen einer britischen Tierklinik haben im Zeitraum von 2008 bis 2017 eine deutliche Zunahme des Vorkommens von ESBL-E. coli bei hospitalisierten Pferden von 28,7 % auf 50 % festgestellt (Isgren et al., 2019). Hordijk et al. fanden 2020 heraus, dass bei einer Prävalenz von 11 % bei nicht hospitalisierten niederländischen Pferden die Anwesenheit von Hunden sowie die Haltung der Tiere in dichter von Menschen besiedelten Gebieten ein Risikofaktor für das Vorkommen von ESBL-E. coli ist. In einer deutschen Studie wurden darüber hinaus eine vorangegangene tierärztliche Untersuchung und eine antibiotische Therapie als Risikofaktor für nicht hospitalisierte Pferde ermittelt. Ihre Prävalenz lag in dieser Untersuchung bei 4 % (Kaspar et al., 2019).

Seit einigen Jahren sind auch die Wild- und Zootiere als potenzielles Reservoir von ESBL-E. coli in den Fokus der Forschung gerückt. Wilde Säugetiere scheinen dabei bisher allerdings eine eher untergeordnete Rolle zu spielen. In einer spanischen Studie, die Farmwild und wilde Kleintiere untersuchte, konnten CTX-M-1-

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produzierende E. coli nur bei einem einzigen Hirsch nachgewiesen werden (Alonso et al., 2016). Wasyl et al. beprobten 2018 eine Reihe geschossener Wildtiere in Polen.

Von den untersuchten Wildwiederkäuern und Wildschweinen waren 1,7 %, hauptsächlich Wildschweine, mit CTX-M-1 und CTX-M-15-ESBL-bildenden E. coli kolonisiert. Im Rahmen des nationalen Zoonose-Monitorings in Deutschland konnten zuletzt aus 6,4 % der Wildschwein-Kotproben sowie aus 2,3 % der Rehwild-Kotproben ESBL-E. coli isoliert werden (BVL, 2019). Auch bei einer Untersuchung Berliner Stadtratten waren nur zwei der beprobten Tiere Träger von ESBL-E. coli. Allerdings wurde dabei ein E. coli-Isolat detektiert, welches regelmäßig in humanen Proben vorkommt. Es handelte sich hierbei um CTX-M-9-ESBL-Bildner (Guenther, Bethe, et al., 2012). Wildvögel sind im Gegensatz zu anderen Wildtieren häufiger mit ESBL- E. coli kolonisiert. Guenther et al. haben seit 2010 einen Anstieg der Prävalenz bei deutschen Wildvögeln nachgewiesen. Vormals noch vor allem CTX-M-15-bildende E. coli wurden dabei im Laufe der Zeit von CTX-M-1-Bildnern abgelöst (Guenther, Aschenbrenner, et al., 2012; Guenther et al., 2010). Untersuchungen von Zootieren haben im Gegensatz zu den Wildtieren ein deutlich höheres Aufkommen von ESBL- E. coli gezeigt. Wang et al. hatten 2012 Primaten sechs chinesischer Zoos auf das Vorkommen von ESBL-Produzenten untersucht. Dabei waren 32 % der untersuchten Tiere vorwiegend mit CTX-M-15-E. coli kolonisiert. Eine Untersuchung von 132 Säugetieren, Vögeln und Reptilien eines tschechischen Zoos lieferte das Ergebnis von 43 % Cefotaxim-resistenten Enterobacteriaceaen, wovon es sich bei 71 % um E. coli handelte. Hierbei war die vorherrschende beta-Laktamase der Subtyp CTX-M-1 (Dobiasova et al., 2013).

2.4.1 ESBL-E. coli aus der Rinderhaltung

Im Zuge der chinesischen Studie, in der erstmals bei Schweinen ESBL-bildende E. coli detektiert wurden, gelang 2002 ebenfalls der erste Nachweis bei Rindern. 3,1 % der beprobten Schlachtrinder waren demnach mit CTX-M-ESBL-E. coli kolonisiert (Duan et al., 2006). Kurz darauf fand eine amerikanische Studie heraus, dass die Ausscheidung antibiotikaresistenter E. coli im Gegensatz zu adulten Rindern bei

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Kälbern deutlich häufiger zu detektieren ist (Khachatryan et al., 2004). Obgleich der Einsatz von Antibiotika einen Einfluss auf die Prävalenz von MRE von Rindern hat, sind sie auch in hohem Maße bei unbehandelten Tieren zu finden (Gonggrijp et al., 2016; Mir et al., 2018). Neben dem überwiegenden Anteil positiv getesteter, symptomlos kolonisierter Rinder sind ebenfalls klinische Erkrankungen mit ESBL- bildenden E. coli bei ihnen beschrieben. Liebana et al. haben 2006 beispielsweise eine Beteiligung derjenigen an Kälberdurchfällen festgestellt. Eine Untersuchung, welche die Ausscheidung von ESBL-E. coli bei gesunden und durchfallerkrankten Tieren miteinander verglichen hat, lässt allerdings keine nennenswerte Abweichung der Prävalenz erkennen (Saidani et al., 2019). Auch über nosokomiale Ausbrüche mit ESBL-E. coli in Rinderkliniken wird in der Literatur berichtet. So kam es beispielsweise im Jahr 2012 in einer belgischen Tierklinik zu Infektionen der Halsvene durch Venenverweilkatheter bei sechs durchfallerkrankten Kälbern (Pardon et al., 2017).

Auch wenn seit vielen Jahren intensiv das Vorkommen und die Verbreitung multiresistenter E. coli erforscht wird, sind die Übertragungswege innerhalb und zwischen Rinderbeständen nach wie vor nicht vollständig geklärt. Studien, bei denen E. coli mit identischen Resistenzmustern bei Kälbern und Kühen eines Betriebs isoliert werden konnten, deuten auf eine Übertragung untereinander hin (Salaheen et al., 2019). Die Literatur bietet heutzutage eine große Bandbreite an Prävalenzstudien, auf die im Folgenden genauer eingegangen wird.

2.4.1.1 ESBL-E. coli bei Saugkälbern

Im Jahr 2004 wurden in Europa zum ersten Mal ESBL-bildende E. coli aus der Kotprobe eines Milchviehkalbs in England isoliert (Teale et al., 2005). Wenige Jahre später stellten Watson et al. 2012 fest, dass die ESBL-E. coli-Prävalenz von zwei Tage alten Saugkälbern aus dem Vereinigten Königreich bei 95,6 % lag. Das Phänomen der hohen Prävalenz von noch nicht abgesetzten Kälbern hat sich bis heute nicht verändert und ist weltweit zu beobachten (Springer et al., 2019). Die Ausscheidungsintensität von ESBL-E. coli bei Kälbern variiert dabei mit steigendem Alter (Manga et al., 2019). Mir et al. stellten 2018 die Vermutung an, dies wäre auf die

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Veränderung der gastrointestinalen Epithelstruktur sowie auf die mit der Nahrungsumstellung einhergehenden Anpassung des Mikrobioms junger Kälber zurückzuführen. Die höchste ESBL-E. coli-Prävalenz der Kälber ist in einem Alter von etwa 14 Lebenstagen festzustellen (Berge et al., 2005). Anschließend sinkt sie stetig und verringert sich nochmals maßgeblich mit dem Absetzen der Milch (Awosile et al., 2018; Watson et al., 2012). Ähnlich verhält es sich auch mit der quantitativen Ausscheidungsintensität von ESBL-E. coli (Horton et al., 2016). Terentjeva et al.

stellten 2019 fest, dass Kälber, welche mit frischer Kuhmilch ernährt werden, signifikant häufiger von antibiotikaresistenten E. coli besiedelt sind. Auch für sogenannte Sperrmilch ist dieser Effekt mehrfach nachgewiesen worden (Brunton et al., 2014). Als Sperrmilch wird die Milch frisch abgekalbter sowie mit Arzneimitteln behandelter Kühe bezeichnet, welche nicht in die Lebensmittelkette gelangen darf (§

3 Abs. 3 S. 3 MilchGüV; VO (EG) Nr. 852/2004). Da es allerdings nicht verboten ist, sie zur Ernährung von Saugkälbern einzusetzen, ist dies weltweit gängige Praxis (Brunton et al., 2012; USDA-APHIS, 2007). Eine deutsche Untersuchung befasste sich außerdem mit dem Effekt der Kolostrum-Fütterung antibiotisch trockengestellter Kühe auf das Vorkommen von ESBL-E. coli bei deren Kälbern. Hierbei zeigte sich, dass Jungtiere aus dem Betrieb, in dem generell alle Milchkühe antibiotisch trocken gestellt wurden, signifikant häufiger und länger mit ESBL-E. coli kolonisiert waren als Kälber eines selektiv trocken stellenden Betriebs (Tetens et al., 2019).

In einer kanadischen Studie variierte die Prävalenz bei Kälbern innerhalb der untersuchten Herden von 75 % bis 98,4 % bei einem Mittel von 81,2 %. Hierbei waren die vorherrschenden ESBL TEM (84,1%) und CTX-M (30,7 %), (Awosile et al., 2018).

In Europa sind die Daten je nach Lokalisation überaus vielfältig. Aus den nordeuropäischen Staaten sind in mehreren Untersuchungen Prävalenzen bei Kälbern von 11 % gefunden worden, hierbei war am häufigsten die CTX-M-1-beta-Laktamase vertreten (Duse et al., 2015; Terentjeva et al., 2019). Studien aus den Niederlanden konnten seit 2011 vorerst eine abnehmende Tendenz der Kälberprävalenz vernehmen. Dabei sank die Prävalenz der ESBL-E. coli von 32,7 % im Jahr 2011 auf 18 % im Jahr 2013. Aktuelle Daten zeigen jedoch einen erneuten Anstieg auf bis zu 33 % (Heuvelink et al., 2019; Lam et al., 2020). Die Datenlage in Deutschland geht