FG13, Abt. 1, Robert Koch-Institut, Bereich Wernigerode (RKI)

Das Fachgebiet FG13 „Nosokomiale Infektionserreger und Antibiotikaresistenzen“ gehört zur Abt. 1 „Infektionskrankheiten“ des RKI. In FG13 werden bakterielle Erreger mit wichtigen Indikatorfunktionen für das Auftreten und die Behandlung von Krankenhausinfektionen bearbeitet. Aufgrund der Infekthäufigkeiten, der Resistenzentwicklung und der epidemischen Ausbreitung stehen gegenwärtig Staphylokokken, Enterokokken und Beta-Laktamase bildende Enterobacteriaceae-Isolate im Vordergrund. Wesentliche Grundlagen aller Untersuchungen sind die molekulare Typisierung und Analyse von Erregerpopulationen sowie der Nachweis von Virulenz- und Resistenzgenen. Fester Bestandteil, zum Teil über Drittmittel finanziert, sind zudem Arbeiten zur Etablierung und Testung von Methoden der schnellen und molekularen Diagnostik und Typisierung von verschiedenen pathogenen, bakteriellen Krankheitserregern.

Ziel des vorliegenden Projekts innerhalb des RESET-Verbundes ist es die Verbreitung von ESBL-bildenden Enterobakterien, insbesondere E. coli, aus verschiedenen humanen Probenmaterialien zu untersuchen. Dies schließt Isolate aus Besiedlungen bei gesunden Probanden, aus ambulant-erworbenen Infektionen und aus Krankenhausinfektionen ein. Die Isolate werden sowohl phänotypisch als auch molekular untersucht. Verwandtschaften zwischen Stämmen werden mittels molekularer Typisiermethoden (PCR, PFGE, MLST) ermittelt. Die molekulare Grundlage der Antibiotikaresistenz wird ebenfalls aufgelöst, d.h. es werden Gemeinsamkeiten in Resistenzgenen, deren unmittelbarer genetischer Umgebung als auch ihren mobilen Elementen (Plasmiden) ermittelt. Plasmide werden anhand üblicher Charakteristika klassifiziert (Inkompatibilitäts(Inc)-Gruppen) und deren Übertragbarkeit im Konjugationsexperiment getestet. Diese Ergebnisse werden im RESET-Verbund in einen Gesamtkontext, d.h. einen Vergleich mit Isolaten und deren Resistenzen und weiteren Charakteristika aus anderen Teilprojekten gestellt, um Aspekte einer überregionalen Verbreitung aufzulösen.

Die Isolate werden mit Partnern in medizinisch-mikrobiologischen Laboren als auch assoziierten Partnern gewonnen und nach primärdiagnostischer Bestätigung (z.B. als ESBL-E. coli) zur weiteren molekulargenetischen Analyse an das RKI geschickt. Diese schließt ein:

Die Identifikation der entsprechenden ESBL Typen (TEM, SHV, CTX-M etc.) erfolgt mittels PCR und DNS-Sequenzierung der entsprechenden Resistenzgene.

Beta-Laktamresistente Isolate ohne ESBL-Bildung werden auf Vorhandensein weiterer ursächlicher Resistenzgene (z.B. AmpC/Carbapenemase-Gene) untersucht.

Auftretende Determinanten der Plasmid-vermittelten Chinolon-Resistenz (PMQR) werden mittels PCR und Sequenzierung identifiziert.

Die genetische Umgebung der Resistenzgenen wird mittels etablierter PCRs untersucht, um Integron- und Transposonstrukturen aufzulösen.

Mittels Konjugationen, PCR und Hybridisierung wird der Wirtsbereich und die Gruppenzugehörigkeit (PCR-basierte Inc-Gruppen) der Resistenzgen-tragenden-Plasmide untersucht. Evtl. Gemeinsamkeiten werden durch S1 PFGE-Analysen (Plasmid-Größenermittlung) und durch Restriktionsanalysen erfasst.

Der Stammhintergrund resistenter E. coli-Isolate aus verschiedenen Studien wird mittels Phylogruppenanalyse (PCR-basiert) und teilweise mittels MLST und PFGE verglichen. Siehe auch ...

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Beschreibung der Projekte

Verbreitung von ESBL-E. coli als Besiedlungsisolate beim Menschen

In Zusammenarbeit mit einem assoziierten Partner (Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit; LGL) wurde die Verbreitung von ESBL-E. coli unter 3.000 Personen der Allgemeinbevölkerung (gesunde Probanden) erhoben. Die Isolate wurden selektiert und charakterisiert (ESBL-Identifikation). Die Ergebnisse zeigten das 6,3% der gesunden Probanden mit ESBL-E. coli besiedelt sind, wobei die ESBL-Varianten CTX-M-15, CTX-M-1 und CTX-M-14 and häufigsten auftraten (Valenza et al. 2013).

Verbreitung von ESBL-E. coli im ambulanten und klinischen Bereich

In enger Zusammenarbeit mit einem überregional tätigen Laborverbund, der seine Daten auch in das am RKI angebundene „Antibiotikaresistenz Surveillance Deutschland“ System ARS einpflegt, wurden ESBL-E. coli aus Krankenhäusern und Arztpraxen (je >100), an das RKI geschickt und molekulargenetisch untersucht. Außerdem wurden ESBL-E. coli Isolate aus einer Fall-Kontroll-Studie der Charité analysiert (n=85). Alle Isolate wurden hinsichtlich ESBL-Bildung molekular charakterisiert und typisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Varianten CTX-M-15, CTX-M-1 und CTX-M-14 besonders häufig waren und der Anteil von isolaten des Sequenztypes 131 (ST131) bei nosokomialen E. coli und E. coli aus ambulanten Harnwegsinfektionen besonders hoch war (Pietsch et al 2015.) Im zweiten Teil der RESET-Projektphase werden derzeit Kolonisations- und Infektionsisolate von Patienten im Rahmen einer weiteren Studie der Charité im Detail molekular verglichen. Hierbei soll das Risiko einer Infektion nach vorheriger Kolonisation mit ESBL-E. coli bzw. ESBL-K. pneumoniae ermittelt werden.

Verbreitung von ESBL und AmpC-Beta-Laktamasen in Salmonellen aus Infektionen beim Menschen

In Zusammenarbeit mit dem Nationalen Referenzzentrum für Samonellen und andere Enteritiserreger in Wernigerode wurden Beta-Laktam-resistente Salmonellen aus Humaninfektionen (n=150) molekulargenetisch untersucht. Die Ergebnisse zeigten einen hohen Anteil der ESBL-Variante CTX-M-1 bei Salmonellen unterschiedlicher Serovare (Eller et al. 2013).

Vergleichende Untersuchungen AmpC- bildenden Enterobakterien bei Mensch und Tier

In Zusammenarbeit mit veterinärmedizinischen Partnern des RESET-Projektes (BfR, FLI, FU Berlin) werden vorcharakterisierte E. coli Isolate mit AmpC-Beta-Laktamase CMY-2aus dem Human- und Veterinärmedizinischem Bereich im Detail untersucht. Ein Vergleich der genetischen Verwandtschaft und der vorhandenen Plasmidstrukturen erfolgt derzeit in der zweiten Projektphase (RESET-II) per Ganzgenomsequenzierung.