Untersuchungen zum Vorkommen und zur Stabilität von Colistin-Resistenzdeterminanten in pathogenen Escherichia coli-Isolaten aus klinischem Untersuchungsgut von Schweinen

Colistin stellt in der Humanmedizin als Reserveantibiotikum eine der letzten Therapieoptio-nen bei der Behandlung von Infektionen mit multiresistenten Gram-negativen Bakterien dar. Die weltweite Ausbreitung von mobilen Colistin-Resistenzgenen (mcr), unter anderem in lebensmittelliefernden Tieren, gefährdet diese wichtige Rolle von Colistin und stellt eine erhebliche Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Bei Schweinen wurde das Vor-kommen von mcr-Genen in kommensalen E. coli bereits in zahlreichen Studien untersucht. Dagegen ist zur Ausbreitung von mcr-Genen in E. coli-Pathovaren, die als Krankheitsauslöser beim Schwein eine Rolle spielen, bislang wenig bekannt. In dieser Arbeit wurden 10 573 por-cine E. coli-Isolate, die von Juli 2000 bis Dezember 2021 von Schweinen aus Deutschland ge-wonnen wurden, mittels Multiplex-PCRs auf das Vorhandensein von Virulenz-assoziierten Genen (VAGs) sowie der Resistenzgene mcr-1 bis mcr-10 untersucht. Die Mehrzahl der Isola-te konnte als eines von verschiedenen E. coli-Pathovaren identifiziert werden, die im Zu-sammenhang mit Krankheitsgeschehen bei Schweinen bekannt sind, wie enterotoxische E. coli (ETEC, 31,9 %), Ödemkrankheit auslösende E. coli (EDEC, 12,8 %), attaching and effa-cing E. coli (AEEC, 12,4 %) und Shigatoxin-bildende E. coli (STEC, 3,5 %). In 10,2 % der unter-suchten Isolate konnte ein mcr-Gen nachgewiesen werden, wobei mcr-1 (8,4 %) und mcr-4 (1,6 %) am häufigsten vorkamen. Die Gene mcr-2 (0,02 %), mcr-3 (0,03 %) und mcr-5 (0,3 %) konnten ebenfalls vereinzelt nachgewiesen werden, wohingegen die mcr-Gene mcr-6 bis mcr-10 in keinem der untersuchten Isolate identifizierbar waren. Die mcr-1 Nachweisraten stiegen kontinuierlich bis zum Jahr 2015 (15,2 %) an und gingen im Jahr 2016 auf 11,4 % und im Jahr 2017 auf 6,3 % zurück. Enterotoxische und Shigatoxin-bildende E. coli (ETEC/STEC-Hybrid) sowie EDEC waren am häufigsten positiv für mcr-Gene (je 21,9 % und 17,6 %). Mit-tels Ganzgenomsequenzanalysen von 220 repräsentativen mcr-positiven E. coli-Isolaten konnten sowohl bereits zuvor nachgewiesene mcr-Varianten (mcr-1.1, mcr-1.26, mcr-3.12, mcr-4.1, mcr-4.2, mcr-4.3, mcr-4.6 und mcr 5.1) sowie drei neue Varianten (mcr-1.36, mcr-4.8 und mcr-5.5) identifiziert werden. Das am meisten verbreitete mcr-1-Gen konnte auf IncX4- (83 %), IncHI2- (13 %) und IncI2-Plasmiden (4 %) lokalisiert werden, während der Großteil der mcr-4-Gene (97,1 %) auf einem ColE10-Plasmid vorkam.
Neben der Untersuchung von E. coli-Isolaten aus Deutschland wurden ebenfalls 1936 patho-gene Isolate aus 17 europäischen Ländern, die von 2010 bis 2020 isoliert wurden, auf das Vorkommen von mcr-1 und mcr-2 untersucht. Dabei konnte in einem Großteil der E. coli-Isolate aus Ungarn, Spanien, Italien und Portugal das mcr-1-Gen nachgewiesen werden (33,3 - 60,7 %). In zwei ETEC-Isolaten, die von zwei Schweinen aus einem Betrieb in Belgien ge-wonnen wurden, wurde eine bislang unbekannte mcr-2-Genvariante (mcr-2.8) gefunden. Neben der Lokalisierung von mcr-2 auf IncX4-Plasmiden (n = 8) und dem Chromosom (n = 1), konnte ein bislang unbekanntes IncP-ähnliches Plasmid als Träger von mcr-2.1 in drei Isola-ten aus einem belgischen Betrieb identifiziert werden.
Unter Anwendung definierter Kriterien wurden retrospektiv drei Schweinebetriebe in Deutschland identifiziert, bei denen über mindestens vier aufeinander folgende Jahre mcr-positive E. coli-Isolate nachgewiesen wurden. Um Rückschlüsse auf den möglichen Verbleib von bestimmten E. coli-Pathovaren und mcr-tragenden Plasmiden oder einen wiederholten Eintrag unterschiedlicher mcr-positiver E. coli-Isolate ziehen zu können, wurden 87 repräsentative Isolate von insgesamt 154 vorliegenden E. coli-Isolaten Ganzgenom-sequenziert und mittels bioinformatischer Methoden auf das Vorkommen von VAGs, Resistenzgenen und Plasmidtypen untersucht. Je 42 %, 30,8 % und 57,7 % dieser Isolate aus den Betrieben 1 bis 3 waren mcr-1.1-positiv und ein ETEC-ähnliches Isolat aus Betrieb 3 war positiv für mcr-4.8. Basierend auf der Bestimmung von Sequenztypen sowie Virulenzgen- als auch Resistenzgenprofilen konnten keine klonalen E. coli-Linien in den Betrieben festgestellt werden. E. coli-Isolate der Sequenztypen ST10 und ST131, die als E. coli mit zoonotischem Potenzial gelten, wurden in den drei untersuchten Betrieben als Träger von mcr-Genen identifiziert. Über mehrere Jahre hinweg konnten mcr-1.1-Gene auf identischen Plasmiden in Betrieb 1 (IncHI2), Betrieb 2 (IncX4) und Betrieb 3 (IncX4, IncI2) nachgewiesen werden.
Die vorliegende Arbeit betont die Relevanz der Weiterentwicklung von bestehenden Über-wachungskonzepten, welche durch eine umfassende und kontinuierliche Datenerhebung in Nutztierbetrieben mögliche Risikofaktoren zum Eintrag, Verbleib und der Verbreitung von Colistin-resistenten Mikroorganismen identifizieren und mit gezielten Maßnahmen reduzie-ren können.