Infektionen mit Salmonellen und anderen Enterobacteriaceae ... · Infektionen mit Salmonellen und...

Infektionen mit Salmonellen und anderen Enterobacteriaceae, insbesondere E. coli

(EHEC, EPEC, ETEC, EIEC, EAEC) – Epidemiologie und aktuelle Bewertung

Dr. Angelika Fruth

Robert Koch-Institut

Fachgebiet Bakterielle darmpathogene Erreger und Legionellen

NRZ für Salmonellen und andere bakterielle Enteritiserreger

28.09.2013, 28. Dresdner Kolloquium „Umwelt und Gesundheit“

IfSG, § 2 Aufgabe des Robert Koch-Instituts

• Erkennung, Verhütung und Bekämpfung von übertragbaren

Krankheiten

• epidemiologische Untersuchungen auf dem Gebiet der übertragbaren

Krankheiten einschließlich der Erkennung

• Salmonellose:

1888 erster Ausbruch in Bad Frankenhausen, Kyffhäuser,

notgeschlachtetes Rind

(Herr Prof. A. Gärtner aus Jena)

*Erstbeschreibung:

1880 Karl Joseph Ebert und Robert Koch: Typhus-Erreger (heute S. Typhi)

1885 Daniel Elmer Salmon: „Schweinecholera“ (S. Choleraesuis)

Dr. Angelika Fruth 2

Statistik meldepflichtiger Infektionen des GI-Trakts nach IfSG

(Quelle: Infektionsepidemiologisches Jahrbuch meldepflichtiger Krankheiten für 2011)

Erreger Fälle

Campylobacter 74.194

EHEC (HUS) / andere pathogene E.coli 5.802 (877) / 9.228

Salmonellen 26.116

S. Typhi / S. Paratyphi 62 / 62

Shigellen 707

Yersinien 3.550

Norovirus 116.109

Rotavirus 57.129

Giardia lamblia 4.258

Kryptosporidium 985


Inzidenzen der meldepflichtigen bakteriellen Gastroenteritiserreger (nach SurvStat RKI)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2008 2009 2010 2011 2012

Salmonella

STEC/EHEC

Campylobacter

Yersinia


Erkr

anku

nge

n p

ro 1

0.0

00

Ein

wo

hn

er

Jahr

Salmonellose (enterisch)

Art der Übertragung: häufig: Lebensmittelinfektion: Tier Lebensmittel Mensch selten: Mensch Mensch, Tier Mensch

Symptome: Durchfall, Fieber nicht über 39 °C, Stühle Reiswasser-ähnlich („Cholera nostra“), gelegentlich mit Blut (STM DT193 4,5.i:-)

Infektionsdosis: 100 - 100.000 Keime (Subspecies, Patientenfaktoren)

Inkubationszeit: 4 h - 5 Tage (Infektionsdosis, Subspecies)

Ausscheidungsdauer: Kinder < 5 Jahre, 10 Wochen (18 % bis zu 6 Mon., 5 % bis zu 12 Mon.) Erwachsene und Kinder > 5 Jahre 4 Wochen (bis zu 12 Wochen)


Übermittelte Salmonellose-Fälle nach Meldekategorie und Altersgruppe, Deutschland, 2011 (SurvStat)


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

An

zah

l Mel

def

älle

Altersgruppe

Fritz Kauffmann (* 15.01.1899 Stargard; † 27.09.1978 Kopenhagen, Dänemark) arbeitete von 1923 - 1932 am RKI

• Nomenklatur nach klinischen Gesichts-

punkten, später nach Ort der Isolierung

• Seit 2005 (ICSP): Gattung aus 2 Arten und

eine davon mit Unterarten

• Klassifizierung der Erregergruppe anhand

serologischer Merkmale:

• 1926 Philip Bruce White, GB

• Erweiterung und Ergänzungen:

1933-1978 Fritz Kauffmann, DK

Michel Popoff, Leon LeMinor, Patrick

Grimont, François-Xavier Weill, F

Jochen Bockemühl, Rolf Rohde, D

Ordnungsprinzip des Genus Salmonella


White-Kauffmann-LeMinor-Schema 9th Edition 2007

Genus Spezies Subspezies

1531

505

99

336

73

13

Salmonella

S. bongori

S. enterica S. enterica (I)

S. salamae (II)

S. arizonae (IIIa)

S. diarizonae (IIIb)

S. houtenae (IV)

S. indica (VI)

22

nach Grimont and Weill, WHO Collaborating Centre for Reference and Research on Salmonella, 2007

Serovar


Salmonella enterica enterica SV. Typhimurium (S. Typhimurium)

Drs. Reissbrodt, Gelderblom; RKI 2005


Häufigkeitsverteilung der Salmonella-Serovare vom Menschen

Deutschland, NRZ-Daten 2011

Serovar Anzahl Anteil

S. Typhimurium 1023 39,3%

S. Enteritidis 373 14,3%

Salmonella subsp. I 138 3,8%

S. Derby 98 3,8%

S. Infantis 76 2,9%

S. Newport 71 2,7%

S. Paratyphi B var. Java 58 2,2%

S. Senftenberg 55 2,1%

S. Goldcoast 45 1,7%

Salmonella subspez. IIIb 43 1,7%

S. Bovismorbificans 38 1,5%


• Serotypie = Bestimmung der O- und H-Antigene und

Ermittlung einer Antigenformel, die den Serovar definiert

• Differenzierung innerhalb der Serovare durch Lysefähigkeit

dieser Erreger mittels spezifischer Bakteriophagen =

Lysotypie

• Etablierte Systeme für: S. Typhi, S. Paratyphi A und B, S.

Typhimurium, S. Enteritidis, S. Virchow, S. Hadar, S.

Bovismorbificans, S. Derby, S. Infantis, S. Agona, S.

Oranienburg, S. Heidelberg

• z.B. kann man bei S. Paratyphi B mehr als

86, bei S.Typhimurium über 300 Lysotypen unterscheiden

Feintypisierung phänotypisch mit Serotypie und Lysotypie


Lysotypie oder Phage typing seit 1950er Jahren

extended Anderson phage

typing plate DT 36 extended Anderson phage

typing plate DT4 (original sequenced LT2)

Felix/Callow and Lilleengen phage typing plate (Blue plate)

1bvar.2/2 (original sequenced LT2)


Dominanz verschiedener S. Typhimurium-Lysotypen bei Patienten-Isolaten aus Deutschland von 1966 – 2012 (Daten NRZ)


0

10

20

30

40

50

60

DT9 DT204 DT104 monophasic 4,(5)12:i:-DT193

Year

% o

f S

Tm

Feintypisierung und Molekulare Epidemiologie

Virulenzgen-basierte Pathovar-Charakterisierung

(z.B. bei S. Paratyphi B: EPV und SPV)

Genoserotypie, z.B. fliC und fljB RFLP

Ausbruchsuntersuchungen (PFGE, MLVA, MLST, Virulenzplasmid-Analysen)

Bestimmung von Antibiotikaresistenzen als epidemiologischer Marker

PFGE

Adhärenz und Invasion

fliC RFLP


PFGE-Analyse verschiedener S. Pomona-Isolate (Xba I, PulseNet Protokoll)

Spur

1 Standard (S. Braenderup)

2 Humanes Isolat

3 Humanes Isolat

4 Fall (1. Isolat)

5 Standard (S. Braenderup)

6 Fall (2. Isolat)

7 Kot Bartagame

1 2 3 4 5 6 7

Quelle: Dr. Prager, RKI 2006

(kbp)

1135,0

668,9

452,7

310,1 244,4

173,4/167,1

104,5

33,3


PFGE-Muster von S. Newport-Ausbruchsstämmen 2011/12


Ausbruchsklon 1 (Mungbohne)

SNWPXB.0050

Ausbruchsklon 2 (Wassermelone)

SNWPXB.0060

PFGE-XbaI

50

.00

10

0.0

0

15

0.0

0

20

0.0

0

30

0.0

0

40

0.0

0

50

0.0

0

80

0.0

0

15

00

kbp

Key

.

.

.

.

.

.

strain

.

.

.

.

.

.

LabID

11-08477

11-08672

11-08784

11-09048

12-00031

12-00065

SourceCountry

.

.

.

.

.

.

ReceivedDate

09/11/2011

22/11/2011

29/11/2011

13/12/2011

03/01/2012

04/01/2012

PlasmidProfileSeroType

SNWP

SNWP

SNWP

SNWP

SNWP

SNWP

Aufklärung von 2 zeitgleich verlaufenden Ausbrüchen mit unterschiedlichen Infektionsquellen

Molekulare Typisierung / Molekulare Epidemiologie

PFGE- Typ

SNWPXB.

Isolate 2011 Zeitraum (Anzahl)

MLVA

11-VNTR

Allel-Muster

Sequenztyp 3-VNTR Allel-Muster

Sequenztyp 7-house-keeping Gene MLST

Allel-Muster

Sequenztyp

3 Virulenz Gene

sopA-B-D

Allel-Muster

0050 Okt.-Dez. (43) 448 a ST31 20 - 17 - 40

0060 Dez (18) 456 i ST118 54 - 3 - 1

0002 Dez (1) 457 j ST157 20 - 17 - 13

0058 Okt (2) 450 H ST166 52 - 41 - 1

0048 Okt (1) 450 C ST166 52 - 41 - 1

0047 Okt (1) 449 b ST1635 51 - 3 - 1

0051 Aug (1) 451 d ST157 20 - 17 - 13

0052 Aug (1) 452 e ST166 52 - 41 - 1

0021 Jun/Jul (2) 455 c ST166 52 - 41 - 1

0053 Mai (1) 453 f ST118 53 - 3 - 1


Salmonellose des Menschen Vielfalt der Infektionsquellen

Eier und Schweine- Rind- andere Geflügelfleisch fleisch fleisch Infektionsquellen

35 - 45 % 25 - 35% 10 - 20 % 1 - 5 %

Gewürze, Eisbergsalat, Paprika Chips, Alfalfa Sprossen, Sesam Halva, Tomaten, Schokolade, Räucherfisch, Anistee

Spieltiere, z. B. Leguan, Gecko, Schildkröten, Agamen und Schlangen

Tendenz steigend


Datum der

Meldung

meldender

Staat

Beschreibung der

Warnung

Produkt-

kategorie

Lebensmittel /

Produkt

Gefahrenquelle Ursprungslan

d

Vertrieb Untersuchungs-

ergebnisse

30.07.2010 Deutsch-

land

Salmonella Dublin in

Käse aus roher

Kuhmilch aus

Deutschland

Milch und

Milchprodukte

Käse Salmonella

Dublin

Deutschland,

Niederlande

30.07.2010 Vereinigtes

Königreich

Salmonella Hvitting-

foss in schwarzem

Pfeffer aus Thailand

Kräuter und

Gewürze

Pfeffer Salmonella

Hvittingfoss

Thailand Nachweis von

Salmonella

Hvittingfoss

28.07.2010 Brasilien Salmonella

Minnesota in

gefrorenen,

gepökelten

Hähnchen aus

Brasilien, via die

Niederlande

Geflügelfleisch

und Geflügel-

fleischprodukte

Hähnchen Salmonella Minnesota Brasilien

27.07.2010 Brasilien Salmonella Heidel-

berg in gefrorenem

Truthahn (Meleagris

gallapavo) aus

Brasilien

Geflügelfleisch

und Geflügel-

fleischprodukte

Truthahn Salmonella Heidelberg Brasilien

13.07.2010 Italien Salmonella spp. in

gefrorenen

Surimiprodukten aus

Vietnam

Fisch und

Fischerei-

produkte (außer

Weich- und

Krustentiere)

Surimi-

produkte

Salmonella spp. Italien Krebsfleisch-

imitat

Schnellwarnungen RASFF: Lebensmittelsicherheit / Ausschnitt aus den Meldungen 2010


Vielfalt der Infektionsquellen

Beatrix von Wissmann et al. (2012) 2012;17(6):pii=20076;available

S. Enteritidis

• Juli 2010: Hochzeitsfeier in Ansbach

• Warmes Buffet (Standzeit von 14:00 bis 20:00). Die warmen Gerichte wurden in

Wärmebehältern geheizt (ohne Temperaturkontrollen). Salate und andere kalte

Speisen waren während dieser Zeit ungekühlt (Raumtemperatur).

• Fotographien des Buffets zeigten, dass ein Teil der Salate und kalten Speisen mit

Blumen verziert waren, welche direkt in die Speisen gesteckt waren.

• Am NRZ wurden für 8 der 26 Salmonella-Isolate von Teilnehmern der

Hochzeitsfeier, für 2 der 8 Salmonella-Isolate des Catering Personals sowie für die

2 Isolate aus Lebensmittelproben Serovar, Lysotyp und Ribotyp bestimmt.

• alle 12 Isolate: S. Enteritidis Lysotyp 4/6, Ribotyp 3


Beispiele aus der Arbeit des NRZ, 2012/2013

International: • multinationaler Ausbruch(Deutschland, Ungarn, Tschechische Republik, Österreich, UK)

von Nalidixinsäure-resistenten S. Stanley mit dem PFGE-Muster SSTAXB.0017 • S. Thompson-Geschehen in den Niederlanden 2012 mit 9 Fällen auch in Deutschland,

ein Reiserückkehrer aus den Niederlanden National: • S. Panama-Geschehen in Thüringen, humanen Isolaten mit dem PFGE-Muster

SPANXB0006 und mittels PFGE nicht unterscheidbare Isolate von Mett- und Rohwurst (PFGE-Muster wurde bereits bei früheren S. Panama-Ausbrüchen 2008 und 2009 in Thüringen festgestellt)

• ein Döner-assoziierter S. Braenderup-Ausbruch in Sachsen mit über 20 Fällen, darunter auch Bistro-Mitarbeiter. (PFGE-Muster SBRPXB.0008)

• S. Braenderup-Ausbruch in einem Klinikum in Bayern; vier Patienten-Isolate mit PFGE-Muster SBRPXB.0015

• Döner-assoziierter Ausbruch durch mehrfachresistenten S. Kentucky-Stamm in Thüringen; 12 humane und zwei Dönerfleisch-Isolate mit PFGE-Muster SKENTXB.0006c

• S. Agona PT56 in Sachsen ebenfalls Döner-assoziierter Ausbruch • derzeit S. Infantis PT29 im südlichen Niedersachsen und Eichsfeld (PFGE SINFXB.0027)

über 100 Fälle


Anteil der Infektionen mit Salmonellen mit einer möglichen Reptilien-Assoziation an gemeldeten Salmonellosen bei Kindern unter 2 Jahren

(Quelle:http://www3.rki.de/SurvStat/)

0

5

10

15

20

25

30

35

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

An

teil

in %

Jahr


Jahr Alter des Patienten

Salmonella (S.) Subspecies (subsp.), Serovar, Antigenformel

Reptilienkontakt u.ä.

2008 2 Monate S. enterica subsp. IIIb, 53:z10:- Schlange

2008 3 Monate S. enterica subsp. II, 58:lz13,z28:z6 Bartagame

2008 7 Monate S. Poona, 13,22:z:1,6 Schlange

2008 11 Monate S. Gaminara, 16:d:1,7 Bartagame

2008 3,9 Jahre S. Jangwani, 17:a:1,5 Reptil

2008 8 Monate S. enterica subsp. IV, 18:z36z38:- Leguan

2008 17 Monate S. Pomona 28:y:1,7 Schildkröte

2008 5 Wochen S. enterica subsp. II, 35:g,m,s,t:- Bartagame o. Chamäleon

2008 1 Woche S. Johannisburg, 40:b:e,n,x div. Schlangen

2008 2 Wochen S. enterica subsp. II, 58:c:z6 Leguan, Wasseragame

2008 9 Wochen S. enterica subsp. IV, 48:g,z51:- Wasseragame

2009 9 Monate S. Eastbourne, 9,12:e,h:1,5 Bartagame

2009 3 Monate S. Herston, 6,8:d:e,n, z15 Leguan

2009 6 Jahre S. Thompson, 6,7:k:1,5 Wasserschildkröte

2010 5 Tage S. enterica subsp. II, 21:z10:z6 Waran

Infektionen von Kindern durch Kontakt zu exotischen Haustieren

(Beispiele aus den Daten des NRZ)


1135,0

452,7

173,4/167,1

104,5

33,3

(kbp)

668,9

310,1

244,4

1 2 3 4 5 6

Spur

1 Standard S. Braenderup

2 Fall 2008 (Säugling, 4 Monate)

3 Kater

4 Bartagame 1

5 Bartagame 2

6 Standard S. Braenderup

PFGE-Analyse von S. Eastbourne-Isolaten aus einem Haushalt (Xba I, PulseNet Protokoll)

Quelle: Dr. Prager, RKI 2006


Wer war es? Bartagame oder Katze


Reptilien-assoziierte Lebensmittelvergiftung Lowther, S.A. et al. Zoonoses Public Health. 58 (2011) 560–566

• Dezember 2009, Minnesota, USA

• 3 Patientenisolate S. subsp. IV gleiche PFGE-Muster

• keiner der Patienten hatte Reptilienkontakt

• alle 3 Personen waren beim „potluck dinner“ (jeder Gast bringt Essen selbst mit)

• Gastgeber 66 Gäste

• Insgesamt 19 Gäste erkrankt mit mittlerer Inkubationszeit 19 h (3 - 26 h) Dauer der Erkrankung 5 Tage (1 - 11 Tage)

• Infektionsquelle: Bratensoße, hergestellt durch Bartagamen-Besitzer (asymptomatischer Ausscheider)

• Abstriche im Haushalt : Türöffner, Abfluss-Badezimmer, Ausguss-Küche Staubsaugerbeutelinhalt und Tier

– Bartagame: S. subsp. IV 6,7:z4z23:- und S. Labadi


Escherichia coli

Reissbrodt, Gelderblom; RKI 2005


Humanmedizin

E. coli Asymptoma-tische Colonisation

Diarrhoe Extra-intestinale Manifestation

Commensale +++ - +

IPEC - +++ -

ExPEC +++ + +++

Escherichia coli

apathogen pathogen intestinal (IPEC) extraintestinal (ExPEC) EHEC/STEC UPEC EPEC SEPEC EAEC, DAEC NMEC EIEC ETEC


Erreger Klinik Wirkort

EPEC wässrige Durchfälle (besonders bei Säuglingen)

Dünndarm

EIEC Dysenterie mit Tenesmen Dickdarm

ETEC Reisediarrhoe, choleraähnliche Durchfälle Dünndarm

EAEC wässrige Durchfälle, chronische Darmstö-rungen, Reisediarrhoe

Dünndarm

EHEC wässrige, blutige Durchfälle bis zur hämorrhagischen Kolitis – Komplikation HUS (Hämolyse, Nierenversagen, Thrombopenie)

Dickdarm

Erkrankungen durch darmpathogene E. coli (IPEC)


Leitmerkmale zur Diagnostik von E. coli

Pathovar Virulenzfaktor Zielgen

EHEC / EHEC-LST Shigatoxin

Intimin

Enterohämolysin

stx1 und stx2

eaeA

ehxA

EPEC / aEPEC Intimin

Virulenzplasmid

eaeA

EAF, bfp

EIEC Invasin/Membranprotein Virulenzplasmid

ipaH

ial

ETEC / aETEC Enterotoxine

Kolonisationsfaktoren

lth, sth

cfa

EAEC-I / aEAEC Virulenzregulator

Virulenzplasmid

aggR

EAEC-probe, aatA

EAEC-II Virulenzregulator

Virulenzplasmid

P-Fimbrien

Aerobactin

Yersiniabactin

aggR

EAEC-probe, aatA

pap

iucC

irp2


EHEC / STEC / VTEC

= Enterohämorragische /Shigatoxin bildende/Verotoxin bildende Escherichia coli

• 1977 Erstbeschreibung duch Konowalchuk

• 1980er O´Brian (Shiga-like Toxin) und Karmali (Verotoxin)

• USA: „Hamburger disease“

• Haupttyp: O157:H7 (Serovar: LPS-O-Antigen aus Zellwand und Flagellen-H-Antigen)

• Vielfalt von Serovaren und weiteren Virulenzfaktoren


Shigatoxin

rRNA-N-Glycosidase (AB5 – Struktur) A = Aktivität; B = Bindung Bindung an Oberflächenrezeptoren (Gb3 und Gb4) zytotoxisch: Hemmung Proteinbiosynthese der eukaryotischen Zellen Induktion Apoptose

im Genom funktioneller oder kryptischer Prophagen kodiert Expression an Phagenvermehrungszyklus gekoppelt Stx1- und Stx2- Familien (Stx1a,c,d und Stx2a,b,c,d,e,f,g)


-Gb3 -Gb4 Niere Darm

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

Erkrankungsverlauf bei Infektion mit EHEC

Infektion wässrige Diarrhoe, kolikartige Bauchschmerzen

blutige Diarrhoe (30%)

spontane Ausheilung

(85-90%)

HUS (5-10%), davon lethal 3-5%

Adhäsion (Intimin) Bildung von Komplementkomplexen und Hemmung der glomerulären Filtration


Altersverteilung bei Infektion mit EHEC (Daten NRZ 2006)

0

50

100

150

200

250

Anzahl n

männlich weiblich

männlich 226 21 11 5 0 3 5 4 5 2 7

weiblich 178 19 8 3 3 6 10 6 3 2 17

0 – 5 6 – 9 10 – 14 15 – 19 20 – 24 25 – 29 30 – 34 35 – 39 40 – 49 50 – 59 > 60


Monatliche EHEC-Meldezahlen in Deutschland, 2001-2009

Anzahl EHEC-Meldungen

Meldejahre

0

50

100

150

200

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

03

06

09

12

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

gleitender Mittelwert über 3 Monate


O111 (2%)

Andere (5%)

O145 (3%)

O91 (0%)

O26 (9%)

O103 (1%)

O157 (80%)

Andere (33%)

O111 (3%)

O145 (5%)

O91 (8%) O26 (14%)

O157 (20%)

O103 (17%)

Serogruppenverteilung von gemeldeten EHEC- und HUS-Fällen (2001-2008)

EHEC HUS


EHEC bei Patienten und Isolate aus Lebensmitteln

0

5

10

15

20

25

O1

57

O1

03

O2

6

O9

1

O1

45

O1

11

O1

28

O1

77

O1

46

O7

6

O8

O1

74

O5

O1

13

O1

56

O1

15

Oro

ug

h

On

t

* P

F2

8

† P

29

‡ F

20

STEC serogroups

Pro

po

rtio

n (

%)

patient isolates food isolates

Werber, Beutin, Pichner, Stark, Fruth: STEC Serogroups in Food and Patients, Germany. Emerg Infect Dis 2008; 14(11): 1803-6


Große EHEC-Ausbrüche nach KARCH (1999)

Land/ Region

Monat/ Jahr

STEC-Serovar

Anzahl Fälle

Anzahl Kran-kenhausbe-handlungen

Anzahl HUS-Fälle

Anzahl Todes-fälle

Ursache

Japan/Sakai City Juli 1996 O157:H7 8576 606 106 3 Rettichsprossen als Teil der Schulspeisung

USA/Washington, Idaho, Nevada, Cal-ifornia

Dezember, 1992 bis Februar 1993

O157 :H7 732 195 55 4 Hamburger aus einer einzelnen Fast-Food-Kette

Kanada/ Nordwestbereich

Sommer 1991

O157:H7 521 nicht verfügbar

22 2 Hackfleisch und da-durch kontaminierte Lebensmittel

Großbritannien/ Zentral-Schottland

November bis Dezem-ber 1996

O157:H7 501 151 27 20 gekochtes Fleisch von einem Fleischer

USA/Cabool, Missouri

Dezember 1989 bis Ja-nuar 1990

O157:H7 243 32 2 4 unchloriertes Trink-wasser

Australien/Adelaide Januar bis Februar 1995

O111:H- > 200 nicht verfügbar

22 0 nicht gekochte Wurst

Großbritannien/ Lothian, Schottland

Mai 1994 O157:H7 > 100 1/3 der Fälle 9 1 pasteurisierte Milch

Schweden Sommer 1995

O157:H7 110 nicht verfügbar

29 0 nicht bestimmt


Seropathovare von EHEC nach KARMALI 2003 und GYLES 2007

Sero-

pathovar

Relative

Inzidenz

Assoziation

mit

Ausbrüchen

Assoziation

mit HUS

und HC

Serovare

A hoch häufig ja O157

B mittel mäßig ja O26, O103, O111,

O121, O145

C niedrig selten ja O91, O104, O113,

O165 u.a.

D niedrig selten nein verschiedene

E* nicht

human

nicht bekannt nein verschiedene


Kombination verschiedener Pathovar-bestimmender Virulenzmerkmale

Daten NRZ Salmonellen

Pathovar Virulenzmerkmal Serovar

EHEC/EAEC stx1, stx2, eaeA, ehxA, astA O157:H-, O26:H11

STEC/EAEC stx1, astA O115:H10

STEC/EAEC stx2, astA O146:H28, O43:H2

STEC/EAEC stx1, stx2, ehxA, astA O91:H-, O113:H4

EPEC/EAEC eaeA, astA O99:H33

ETEC/EAEC sth, astA O25:H-


0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122232425262728293031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21222324252627282930 1 2 3 4

M ai Juni Juli

Erkrankungsbeginn, Datum 2011 (Durchfall)

An

za

hl E

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nk

un

ge

n

EHEC

HUS

Der Ausbruch durch EHEC O104:H4 in Deutschland, Frühjahr 2011


Stamm-Charakteristik

„typischer“ E. coli: Lactose positiv, Sorbitol-fermentierend,

ß-Glucuronidase positiv, Indole positiv, H2S negativ, kein Wachstum auf Simmons

Citrate Agar

> EHEC

• Shiga toxin 1 / stx1-Gen: negativ

• Shiga toxin 2 / stx2-Gen (vtx 2a variant): positiv

• Intimin (eaeA-Gen): negativ

• Enterohemolysin / ehxA-Gen: negativ

oder EAEC ?

• EAggEC Virulenzplasmid:

aatA (ABC-transporter gene) positiv

aagR (master regulator of vir-plasmid genes) positiv

aap (secreted protein dispersin gene) positiv

aggA (AAF/I-fimbrial subunit gene) positiv

aggC (AAF/I-fimbrial operon gene) positiv


Weitere Virulenzmarker (Bielaszewska, M. et al.: Lancet, 2011)

• STEC:

iha (IrgA homologue adhesin)

lpfAO26 (structural subunit of long polar fimbriae)

lpfAO113 (structural subunit of long polar fimbriae)

ter cluster (tellurite resistence)

irp2 (component of iron uptake system on HPI)

fyuA (component of iron uptake system on HPI)

• EAEC:

set1 (Shigella enterotoxin 1)

pic (protein involved in intestinal colonisation)

• MLST sequence type: ST 678 (adk 6, fumC 6, gyrB 5, icd 136, mdh 9, purA 7, recA 7) H. Karch, KL HUS, Universität Münster

• Phylotype: B1

• ESBL-Resistenz: CTX-M15 + ß-TEM-1 ….. oder ExPEC ?


Makrorestriktionsmuster (XbaI) von E. coli O104:H4

Isolaten des Ausbruchs

1 2 3 4 5

1135

668,9

452,7398,4

336,5310,1

244,4216,9

138,9

104,5

54,733,328,820,5

kb

Spur 1, 5: MW Standard Salmonella Braenderup H9812 Spur 2: RKI 11-02027 (HUS), Spur 3: RKI 11-02034 (Diarrhoe) Spur 4: RKI 11-02060 (blutige Diarrhoe)

PFGE nach Prager et al. (2011) IJMM 301:181-191

kbp


„Attack-Rate“ nach Scheutz, 2011

Serovar Shigatoxin % HUS-Fälle

O157 (eaeA+) 1a+2a, 2a+2c, 2a, 2c 13

Non-O157 (eaeA+) 1a+1c, 2a, 2a+2c 8

Non-O157 (eaeA-)

2d act 0,5

O104:H4 (eaeA-)

2a 22


Hintergrundsgeschehen von EHEC und weiteren E. coli- Pathovaren im Ausbruch mit EHEC O104:H4

• Neben dem Ausbruchsstamm O104:H4 wurden 87 EPEC und

702 EHEC im Ausbruchszeitraum aus den Einsendungen an das NRZ detektiert

• 311 der EHEC- und 53 der EPEC-Isolate konnten 42 verschiedenen Serovaren zugeordnet werden

• wachsende Zahl stx2-positiver Isolate der Serovare O26,

O91 und O146 • 2 Cluster O157-Fälle und 1 Cluster O26-Fälle (mit HUS)


PFGE-Analyse der O157:Hnm – Cluster aus 2011 Quelle: NRZ-Bericht 2012, PulseNet Protocol

PFGE-XbaI

20

.00

50

.00

10

0.0

0

20

0.0

0

30

0.0

0

40

0.0

0

60

0.0

0

10

00

kbp

Key

.

.

.

.

.

.

strain

11-02106

11-05383

11-03890

11-02539

11-04132

11-05273

Serovar

O157:H-

O157:H-

O157:H-

O157:H-

O157:H-

O157:H-

Plasmid

.

Stx1

+

+

+

+

+

+

Stx2

+

+

+

+

+

+

eaeA

+

+

+

+

+

+

O157XB.0124

O157XB.0132

20.0

0

50.0

0

100.

00

200.

00

300.

00

400.

00

600.

00

1000


Identifizierung von EHEC-Erkrankungen durch mikrobiologische Laboratorien in Deutschland

Stufendiagnostik 1. Primärdiagnostik

• Shigatoxin-Produktion oder Nachweis der stx-Gene in einer coliformen bakteriellen Flora (einer Stuhlprobe) aus Anreicherungskultur (mittels Elisa, PCR)

• Nutzung von Indikator-/Selektiv-medien für E. coli z.B. O157:H7 (sorbitol non-fermenting)

• Üblicherweise keine Isolierung (Reinkultur) der Stämme, aber nach Diagnosestellung

Meldung an die Gesundheitsämter

• … danach: Weiterleitung der Proben (insbesondere Isolate) !

2. Weiterführende bzw. Spezialdiagnostik

• Spezialisierte Labore (NRZ, KL HUS, LUA´s) verarbeiten die Proben (Mischkulturen) aus den Laboren der Primärdiagnostik

• daraus Stammisolierung als Grundvoraussetzung für epidemiologisches Subtypisieren

• Testung von Virulenzgen-Profilen / Genotypisierung (PCR, Sequenzierung)

• Serotypisierung, MLST zur Sequenztypbestimmung (Macro-Evolution)

• PFGE (PT, MLVA) für Klärung epidemiologischer Zusammenhänge (Micro- Evolution)


(Keine) Korrelation mit Qualität der Meldung Daten SurvStat

Falldefinition nach IfSG erfüllt

Angaben in SurvStat (%) 95%KI

Toxin(gen)-nachweis 25 15% - 35%

Erregerisolierung 32 20% - 44%

Keine Methode 20 06% - 46%


Weshalb ist die weiterführende Analyse der Erreger von besonderer Bedeutung?

• Zeitnahe Ausbruchsentdeckung und – kontrolle

• Vermeidung von Sekundärübertragungen

- Häufig (5-15%); bei O157:H-/H7 publiziert

- Übertragung früh in der Erkrankungsphase

- Betrifft vor allem (jüngere) Geschwisterkinder

- Hohes HUS-Risiko

• Risikobewertung wird ermöglicht

z.B. im Zusammenhang mit Therapieempfehlungen, Empfehlungen für Hygienemaßnahmen, Umgang mit Langzeitausscheidern, Wiederzulassung zu Gemeinschaftseinrichtungen etc.

• Erfassung des Erregerwechsels und –wandels (Sammlung von Stamminformationen)

• Ableitung von Maßnahmen zur Prophylaxe (Impfprävention, Intervention in der Lebensmittelproduktion, Erweiterung des Diagnostik-Panels)


Dank

RKI, Abteilung Infektionskrankheiten Universität Leipzig Prof. Dr. Martin Mielke Prof. Dr. Peggy Braun Prof. Dr. Antje Flieger PD Dr. Michael Pees Dr. Rita Prager Dr. Erhard Tietze ÖGD, Landesuntersuchungs- und Dr. Wolfgang Rabsch Gesundheitsämter RKI, Abteilung Infektionsepidemiologie Dr. Christina Frank Dr. Dirk Werber Prof. Dr. Klaus Stark Dr. Hermann Claus … das Ausbruchsteam des RKI Institut für Hygiene, KL HUS, Universität Münster Prof. Dr. Helge Karch PD Dr. Martina Bielaszewska PD Dr. Alexander Mellmann


… Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!


Resümee

• Die Anwendung molekularer Verfahren in der mikrobiologischen Routine-Diagnostik ist weit vorangeschritten.

• Die Konsequenz ist ein Mangel an Patientenisolaten (besonders bei EHEC).

• Kopplung der Isolatgewinnung und -versendung an die Meldung der Erreger nach IfSG

• Für den Aufbau einer umfassenden molekularen Surveillance lebensmittelbedingter Erreger (EHEC) müssen neue Bearbeitungsstrategien in allen Ebenen des ÖGD diskutiert werden.


Zukunft Toxin-basierter EHEC Surveillance

• Testverfahren, die gleichzeitig Shigatoxin, Serogruppe, und weitere Virulenzfaktoren (eaeA) detektieren

– Phänotypisch und/oder genotypisch

– Liefert Basisinformationen zu allen STEC

• Information über (dominierende) non-O157

– Problematisch für den Infektionsschutz

• Diagnostik unvollständig und nicht zeitnah

– Modernere Testverfahren müssen etabliert und in Routinediagnostik angewendet werden

• aktive HUS-Surveillance


Zusammenfassung

• Pathovare von E.coli müssen aus klinischer und epidemiologischer Sicht molekularbiologisch definiert werden

• Diagnostik sollte nicht auf intestinale Pathovare beschränkt sein

• Risikobewertung wird ermöglicht, z.B. im Zusammenhang mit Therapieempfehlungen

• Vielzahl von Verfahren wurde publiziert und in der Praxis erprobt (DNA-Hybridiserungs-, Microarray-, PCR-, RT-PCR-, PCR-ELISA-Verfahren)

• Zeit- und Kostenökonomie im Einklang mit verbesserter Diagnosestellung


Diagnostik 2001: Einführung des IfSG

• Serotypie (Agglutinationsteste) für Einordnung in E.coli- Pathovare:

z.B. Zuordnung nach bekannten Serovaren wie

O25, O55, O127 für EPEC

O44 für EAEC

O78, O86 für ETEC

O124, O143, O144 für EIEC

• Stufenplan für EHEC ( primär keine O157-Diagnostik!)

• keine weitere Analyse von E.coli aus anderen Reservoiren, insbesondere ExPEC (UPEC, NMEC, SEPEC)


Stufenplan zur EHEC-Diagnostik (Fruth,A. et.al. BGBl. 2000, 43:310-317)

• 1. Schritt: Screening auf EHEC/STEC in Stuhlproben nach Anreicherung mittels Shigatoxin-ELISA gemäß Herstellervorschrift

• 2. Schritt: Bestätigung eines positiven Befunds mittels zweitem Nachweisverfahren (z.B. PCR) ggf. in Speziallaboratorien

• 3. Schritt:Typisierung des EHEC/STEC-Isolats mittels Serotypie, Genotypie u.a. für epidemiologische Untersuchungen (IfSG)


Untersuchungsverfahren auf dem Weg von der Probe…

Erregeranzucht und-isolierung

SMac, Ehly-Agar

EIA

Serotypie (klassisch oder molekular)

Nachweis von Virulenzgenen:

Inhouse-PCR-Verfahren

RT-PCR

WGS/Metagenomics

Anreicherungskultur

mTSB; EHECdirekt

MALDI-TOF

LAMP

PCR-ELOSA

LUMINEX

… zur Anwendung molekularer Verfahren für schnelle und effiziente Diagnosen


Molekulare Surveillance von EHEC

Untersuchung auf EHEC gemäß Indikationsliste:

Versand des Isolats an Speziallabore mit eindeutigem Identifikator / Minimum an Epi-Info

(LUA‘s, KL, NRZ)

Zusammenführung aller Daten und Analyse zur Ausbruchserkennung

(zentrale Datenbank am NRZ und Stammsammlung)

Kinder mit Diarrhoe unter 6 J., Patienten mit blutigen Durchfällen ohne Altersbeschränkung, Vorliegen eines HUS, Häufung von Diarrhoe-Fällen in

Gemeinschaftseinrichtungen etc. (MiQ)

mittels zertifizierter Verfahren (EIA, PCR)

bei positivem Nachweis des Shigatoxins / Shigatoxingene

Isolierung des Erregers Meldung an GA

Netzwerk der Primärdiagnostik-

Labore

NRZ / KL RKI, Abt. 3 (SurvNet)

Typisierung des Erregers (NRZ, KL): mit Phänotypie: Serotypie, biochem. Differenzierung, Resistenztestung

und molekularen Methoden: Virulenzgenprofil, PFGE, MLST, SLST

Lagerung des Probenmaterials für

weitere Untersuchungen (mind. 14 Tage)

Übermittlung relevanter Informationen nach IfSG an Landesstellen und ECDC / TESSy

Ergänzung der Meldedaten

Netzwerk der LUA‘s +


Zusammenfassung

• Pathovare von E.coli müssen aus klinischer und epidemiologischer Sicht molekularbiologisch definiert werden

• Diagnostik sollte nicht auf intestinale Pathovare beschränkt sein

• Risikobewertung wird ermöglicht, z.B. im Zusammenhang mit Therapieempfehlungen

• Vielzahl von Verfahren wurde publiziert und in der Praxis erprobt (DNA-Hybridiserungs-, Microarray-, PCR-, RT-PCR-, PCR-ELISA-Verfahren)

• Zeit- und Kostenökonomie im Einklang mit verbesserter Diagnosestellung


PulseNet USA

• entwickelt nach E.coli O157-Ausbruch 1993 verursacht durch „Hamburger“ mit 726 Erkrankten und 4 toten Kindern

• seit 1996 am CDC in Atlanta betrieben

• finanziert durch Regierung

• Bereitstellung von Geräten und Know-how für alle US-Bundesstaaten und Datenauswertungs-Support

• Standardisiertes molekulares Fingerprinting auf der Basis der PFGE

unter Einbeziehung weiterer Feintypisierungsergebnisse (Serovar, Lysotyp, AMR, MLST, MLVA, SNP-VNTR)

• Kumulative Datenbank

• Nationales Netzwerk des öffentlichen Gesundheitswesens und der Lebensmittelbehörden (public health and food regulatory agency laboratories) zur Aufklärung lebensmittelbedingter Ausbrüche

• Zwischen 7 und 17 Tagen bis zum Analysenbericht


Vergleich der Plasmidprofile von E. coli O104:H4 und

HUSEC041 (Quelle: NRZ für Salmonellen, RKI)

147

63

36

kbp

1 2 3 4

(Plasmidprofilanalyse nach Kado & Liu; J. Bact. Vol. 145, 3; 1365-1373)

Spur 1: HUSEC041 95kbp plasmid: blaTEM-1 75kbp EAEC virulence plasmid: aatA, aggR, aaf/III Spur 2, 3: Isolate des Ausbruchs 90kbp plasmid: blaTEM-1, blaCTX-M-15 83kbp EAEC virulence plasmid: aatA, aggR, aaf/I Spur 4: MW Standard E. coli 39R861


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