Molecular Epidemiology, Genotyping and Antimicrobial Susceptibility Studies on Brucella spp. Isolated from Livestock
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Beschreibung
Studien zur molekularen Epidemiologie, Genotypisierung und Antibiotikaresistenz an Brucellaisolaten von landwirtschaftlichen Nutztieren
Brucellose ist eine anzeigepflichtige weltweit auftretende Zoonose, die in vielen Ländern von großer Bedeutung für den öffentlichen Gesundheitssektor ist. Die Krankheit ist Bekämpfungs- und Überwachungsprogramme in vielen Industrieländern nur noch von geringer Bedeutung. In vielen Entwicklungsländern, einschließlich Ägypten, ist sie immer noch endemisch und wird in ihrer Bedeutung oft vernachlässigt. Deshalb ist die Brucellose insbesondere in den etablierten Zuchtbetrieben weit verbreitet. Die Krankheit wird außerdem kontinuierlich durch die Einfuhr von Tieren, vor allem von Kamelen, aus brucellose-endemischen Nachbarländern wie dem Sudan importiert. Bei serologische Überwachungsuntersuchungen in Ägypten wurde Brucellose bei Rindern, Büffeln, Schafen, Ziegen, Kamelen, Pferden, Hunden, Katzen und Schweinen nachgewiesen. In der wissenschaftlichen Literatur dominieren dabei B. melitensis bv3 und B. abortus bv1 bei Tieren und Menschen. Die Infektion wird zwischen den Tieren durch direkten oder indirekten Kontakt übertragen. Auch Tiere ohne Krankheitssymptome können als Infektionsquelle fungieren. Der Mensch infiziert sich meist durch den Verzehr von unpasteurisierter Milch und Milchprodukten sowie durch den Kontakt mit infizierten Tieren.
Obwohl die Brucellose in Ägypten endemisch ist, gab es kaum Berichte über die Situation bei Schweinen. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit seroepidemiologische Untersuchungen bei Schweinen mittels immunologischer und molekularer Assays durchgeführt. Dafür wurden 331 Serumproben aus zwei Gouvernoraten (Kairo und Gizeh) mit hohen Schweinebeständen entnommen und mittels kompetitivem und indirektem Brucella-ELISA analysiert. Anti-Brucella-Antikörper wurden in 16 (4,83%) und 36 (10,8%) Schweineseren mittels i-ELISA bzw. c-ELISA nachgewiesen. Molekulare Assays identifizierten Brucella-DNA in 3,02% (10) der untersuchten Serumproben. Über die Identifizierung sowohl von B. melitensis-DNA (7/10) als auch von B. suis-DNA (3/10) in Schweineserumproben wurde bisher noch nie berichtet. Die Ergebnisse dieser Studie tragen dazu bei, wirksame Bekämpfungsstrategien für Brucellose in Ägypten zu entwickeln (Kapitel 2).
Die Übertragung von Brucella spp. von bevorzugten auf nicht bevorzugte Wirte kann aufgrund der gemischten Aufzucht von Nutztieren auftreten. Über Brucella spp. in der Kamelpopulation in Ägypten liegen nur wenige Daten vor. Diese Arbeit ist auf Untersuchung der Kamelbrucellose in drei Gouvernoraten (Gizeh, Assuan und Al-Bahr Al-Ahmar (Rotes Meer)) mit der höchsten Kamelpopulation und den größten Kamelmärkten in Ägypten fokusiert, um hier die Seroprävalenz zu bestimmen und Brucella spp.-DNA in Kamelbeständen zu identifizieren. Serologische Untersuchungen an 381 Seren von Kamelen zeigen, dass bei 59 (15,5%), 87 (22,8%), 77 (20,2%) und 118 (31,0%) der Proben Anti-Brucella-Antikörper durch RBPT, i-ELISA, c-ELISA bzw. KBR nachgewiesen wurden. Mittels Real-time-PCR wurde Brucella-DNA in 32 (8,4%) seropositiven Proben amplifiziert, darunter Brucella abortus (25/32), Brucella suis (5/32) und Brucella melitensis (2/32). Es wurde eine hohe Prävalenz von Brucellose bei männlichen Tieren im Vergleich zu weiblichen Tieren beobachtet. Es konnte kein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Brucellose und dem Alter, dem Geschlecht, der Rasse und den Regionen nachgewiesen werden. Das Vorkommen von B. melitensis-, B. suis- und B. abortus-Infektionen bei Kamelen weist auf eine komplexe epidemiologische Situation der Kamelbrucellose in Ägypten hin. Dies kann vermutlich auch auf die Rolle wenig kontrollierter Märkte bei der artübergreifenden Übertragung und Verbreitung von Brucellosen auf nationaler und regionaler Ebene (Kapitel 3).
Die weite Verbreitung von Brucellose bei Nutztieren in Ägypten, stellt auch ein Risiko für die öffentliche Gesundheit dar. In dieser Studie wurden 29 B. abortus- und B. melitensis-Stämme aus Lymphknoten, Milch und fetalen Labmageninhalten von infizierten Rindern, Büffeln, Schafen und Ziegen aus neun Distrikten in Ägypten isoliert. Diese Isolate wurden hinsichtlich ihrer phänotypischen und genotypischen antimikrobiellen Resistenzeigenschaften untersucht. Dabei wurde Resistenzen bei B. melitensis gegen Ciprofloxacin (76,2%), Erythromycin (19,0%), Imipenem (76,2%), Rifampicin (66,7%) und Streptomycin (4,8%) festgestellt. Bei B. abortus waren jeweils 25,0%, 87,5%, 25,0% und 37,5% der Isolate resistent gegen Ciprofloxacin, Erythromycin, Imipenem und Rifampicin. Durch die Genotypisierung wurden Mutationen im rpoB-Gen, die mit der Rifampicin-Resistenz assoziiert sind, in allen phänotypisch resistenten Isolaten identifiziert. Mutationen in den gyrA- und gyrB-Genen, die mit Ciprofloxacin-Resistenz assoziiert sind, wurden auch bei B. melitensis gefunden. Wiederholte Mutationen wurden an den Positionen 676, 677 (TAC zu CTC/Tyrosin zu Leucin) und 1435 (AAG zu CAG/Lysin zu Glutamin) im rpoB-Gen von phänotypisch resistenten B. melitensis-Isolaten nachgewiesen, während Mutationen an Position 2890 (CGT zu GGT/Arginin zu Glycin) im rpoB-Gen von B. abortus-Isolaten festgestellt wurde. In ähnlicher Weise wurden Mutationen im gyrA-Gen an den Positionen 167 (ATG zu AGG/Methionin zu Arginin), 197 (CCC zu CGC/Prolin zu Arginin), 202 (CGC zu AGC/Arginin zu Serin), 235 (GGT zu CGT/Glycin zu Arginin), 941 (GCC zu GAC/Alanin zu Asparaginsäure), 944 (GTG zu GAG/Valin zu Glutaminsäure), 944-945 (GTG zu GGA/Valin zu Glycin), 946 (GCC zu TCC/Alanin zu Serin) und 962 (AAC zu ACC/Asparagin zu Threonin) in B. melitensis nachgewiesen.
Mutationen, die in Genen entdeckt wurden, die mit antimikrobieller Resistenz assoziiert sind, entschlüsseln die molekularen Mechanismen der Resistenz in Brucella-Isolaten aus Ägypten. Über die Mutationen im rpoB-Gen in phänotypisch resistenten B. abortus-Isolaten wurde in dieser Studie zum ersten Mal in Ägypten berichtet. Die Ergebnisse dieser Studie geben einen Einblick in die Epidemiologie und Verbreitung antimikrobiell resistenter Brucella-Stämme im Land (Kapitel 4).
Es gibt nur wenige Daten über die genetische Vielfalt der in Ägypten zirkulierenden Brucellen. Mittels Gesamtgenomsequenzierung wurden 29 ägyptische Brucella-Isolate (21 B. melitensis und 8 B. abortus) genotypisiert und virulenzassoziierte Faktoren und Marker bestimmt, die für die antimikrobielle Resistenz verantwortlich sind. Mittels in-silico MLST wurden die bei Nutztieren in Ägypten vorherrschenden Sequenztypen-11 und -1 von B. melitensis und B. abortus gefunden. Diese Sequenztypen sind auch bei anderen mediterranen, asiatischen, amerikanischen und europäischen Linien gefunden worden. Die in-silico MLVA-16-Analyse ergab 2 B. abortus- und 10 B. melitensis-Genotypen, die in verschiedenen Gouvernoraten zirkulieren. Die cgSNP-Analyse lieferte eine höhere Auflösung und diskriminierte B. abortusund B. melitensis-Stämme in 3 bzw. 14 Genotypen. Zusätzlich wurden SNP-Varianten in den rpoB- und gyrA-Genen identifiziert, die für die antimikrobielle Resistenz von Brucellen gegen Rifampin bzw. Ciprofloxacin verantwortlich sind. Diese Mutationen betreffen bei 3 B. melitensis Stämmen die Position 297-GAT zu GAA/Asp-Glu in gyrA. Zwei-Punkt-Mutationen im rpoB-Gen an Position 2784 (CGC zu CGT/Arg-Arg) und 2394 (ACG zu ACT/Thr-Thr) wurden 4 Stämmen von B. melitensis nachgewiesen (Kapitel 5).
Autor*in
Aman Ullah Khan
Themen in »Molecular Epidemiology, Genotyping and Antimicrobial Susceptibility Studies on Brucella spp. Isolated from Livestock«
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