Genomic Characterisation of Poultry-Derived Enterococci in the Czech Republic: Insight into Virulence and Antimicrobial Resistance

In der verborgenen Welt des Darms leben winzige Bakterien namens Enterokokken Seite an Seite mit Menschen und Tieren. Diese sind normalerweise keine gefährlichen Eindringlinge; sie sind häufige Bewohner des Verdauungssystems, die in Boden, Wasser und Lebensmitteln vorkommen. Sie haben jedoch einen berüchtigten Ruf in der Medizin, da sie außergewöhnlich gut darin sind, zu lernen, wie sie Angriffe durch Antibiotika überleben. Wenn diese Bakterien die Fähigkeit erwerben, gegen Medikamente resistent zu sein, werden sie schwierig zu behandeln, was ein Risiko für die Gesundheit von Mensch und Tier darstellt. Wissenschaftler wissen schon lange, dass Farmen Orte sind, an denen diese Bakterien gedeihen, aber das vollständige Bild dessen, was diese spezifischen Stämme in sich tragen – ihre genetischen Blaupausen für das Überleben und ihre Fähigkeit, Krankheiten zu verursachen – blieb in vielen Regionen unklar. Genau zu verstehen, welche Gene diese Bakterien besitzen, ist entscheidend, da es offenbart, wie sie ihre Resistenz von der Farm in die weitere Umwelt verbreiten könnten.

Ein Team von Forschern in der Tschechischen Republik hat diese Bakterien kürzlich genau unter die Lupe genommen, um zu sehen, was sie in sich tragen. Sie sammelten Proben von Hühnern auf zwölf verschiedenen Farmen, indem sie Abstriche von ein Tage alten Küken, älteren Vögeln und sogar den Ställen nahmen. Insgesamt sammelten sie 47 verschiedene Proben von Enterokokken. Anstatt nur zu beobachten, wie die Bakterien in einem Reagenzglas auf Antibiotika reagierten, dekodierten die Wissenschaftler das gesamte genetische Handbuch jeder Probe. Dieser Prozess, bekannt als Ganzgenomsequenzierung, ermöglichte es ihnen, jedes einzelne Gen zu sehen, das die Bakterien besaßen, einschließlich der spezifischen Anweisungen zur Resistenz gegen Medikamente und der Werkzeuge, die sie nutzen, um an Gewebe anzuhaften oder schützende Schichten zu bilden.

Die Studie enthüllte eine vielfältige Gemeinschaft von Bakterien. Die meisten Proben gehörten zu einer Spezies namens Enterococcus faecalis, aber das Team fand auch Enterococcus faecium, Enterococcus gallinarum und Enterococcus cecorum. Als sie die genetischen Stammbäume dieser Bakterien kartierten, fanden sie 19 verschiedene Typen, sogenannte Sequenztypen. Drei dieser Typen waren zuvor noch nie gesehen worden und wurden der globalen Datenbank der Bakteriengenetik hinzugefügt. Diese Entdeckung deutet darauf hin, dass die Bakterienpopulationen in der tschechischen Geflügelhaltung ständig evolvieren und vielfältiger sind als bisher angenommen. Die Forscher fanden auch heraus, dass einige dieser neuen Typen einzigartige Kombinationen von Genen trugen, was darauf hindeutet, dass diese Farmen Brutstätten für neue genetische Linien sein könnten.

Der bedeutendste Befund betraf die Fähigkeit der Bakterien, gegen Medikamente resistent zu sein. Die Forscher fanden heraus, dass die Bakterien eine breite Palette von Genen tragen, die sie vor gängigen Antibiotika schützen, einschließlich derer, die bei Infektionen bei Tieren und Menschen eingesetzt werden. Die häufigsten Resistenzen bestanden gegen Tetracycline, Makrolide und Lincosamide. In vielen Fällen trug ein einzelnes Bakterium Anweisungen zur Resistenz gegen mehrere verschiedene Klassen von Medikamenten gleichzeitig. Dies ist als Multiresistenz bekannt. Die Studie zeigte, dass die E. faecalis-Isolate am stärksten mit diesen Resistenzgenen belastet waren, wobei einige bis zu neun verschiedene Arten von Resistenzanweisungen trugen. Dies bestätigt, dass Geflügel als Reservoir fungieren kann, das diese gefährlichen genetischen Merkmale in sich hält.

Über die Resistenz hinaus untersuchten die Experten auch nach Genen, die Bakterien gefährlich machen, bekannt als Virulenzfaktoren. Dies sind die Werkzeuge, mit denen Bakterien einen Wirt anhaften, schützende Gemeinschaften namens Biofilme bilden oder das Immunsystem umgehen. Die E. faecalis-Bakterien wurden gefunden, eine große Anzahl dieser Virulenzgene zu tragen. Viele von ihnen besaßen die Anweisungen zum Aufbau von Biofilmen, was schleimige Schichten sind, die den Bakterien helfen, auf Oberflächen zu überleben und Reinigungen zu widerstehen. Sie trugen auch Gene, die es ihnen ermöglichen, einander wahrzunehmen und ihr Verhalten zu koordinieren, ein System, das ihnen hilft, Infektionen zu etablieren. Die virulentesten Stämme trugen zwischen 24 und 35 verschiedene Virulenzgene, was darauf hindeutet, dass sie gut gerüstet sind, um Krankheiten zu verursachen, wenn sie vom Bauernhof zu einem verwundbaren Wirt gelangen.

Ein spezifischer Befund bot einen beruhigenden Aspekt. Die Forscher suchten nach Genen, die eine Resistenz gegen Vancomycin verleihen, ein starkes Antibiotikum, das oft als letztes Mittel bei schweren Infektionen eingesetzt wird. Sie fanden keine Anzeichen für die hochgradigen Resistenzgene, die Vancomycin nutzlos machen. Die einzige Resistenz gegen Vancomycin, die sie fanden, war in den E. gallinarum-Proben, die eine natürliche, niedrige Resistenz tragen, die in ihre Spezies eingebaut ist und nicht leicht auf andere Bakterien übertragen werden kann. Dies deckt sich mit breiteren Trends in Europa, wo das Verbot eines spezifischen wachstumsfördernden Antibiotikums vor Jahrzehnten erfolgreich die Präsenz hochresistenter Bakterien in der Geflügelhaltung reduziert hat.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Hühner in der Tschechischen Republik zwar derzeit nicht die gefährlichsten, hochgradig resistenten Stämme tragen, aber dennoch eine bedeutende Quelle von Bakterien sind, die das Potenzial haben, Probleme zu verursachen. Die dort gefundenen Bakterien sind vielfältig, tragen viele Resistenzgene und besitzen die Werkzeuge, um Infektionen auszulösen. Das Vorhandensein neuer genetischer Typen und die hohe Anzahl an Resistenzgenen deuten darauf hin, dass diese Farmen aktive Umgebungen sind, in denen sich Bakterien ständig anpassen. Die Forscher betonen, dass dies die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Überwachung und des sorgfältigen Einsatzes von Antibiotika auf Farmen unterstreicht, um zu verhindern, dass diese Bakterien zu einem größeren Problem für die öffentliche Gesundheit werden.