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Staphylococcus aureus als Zoonoseerreger: Ein Paradigmenwechsel? (MedVet-Staph)

10/2010-12/2013 bzw. 01/2014-12/2016

Das Drittmittelprojekt wird im Rahmen der BfR-Forschung zur Expositionsabschätzung und Bewertung biologischer Risiken durchgeführt.

Förderkennzeichen des BMBF: FKZ 01KI1014C

Internetseite des Drittmittelprojektes: www.medvetstaph.net

Das BMBF-Verbundprojekt MedVet-Staph untersucht die zoonotische Bedeutung von Staphylococcus (S.) aureus vor allem im Hinblick auf die Epidemiologie der menschlichen Besiedlung und Infektion durch Nutztier-assoziierte (livestock-associated) Methicillin-resistente S. aureus (LA-MRSA). Das Projekt ist im direkten Zusammenhang mit dem globalen Ziel der Deutschen-Antibiotikaresistenzstrategie (DART) zu sehen, Resistenzen gegen Antibiotika in einem multidisziplinären Ansatz zwischen Human- und Veterinärmedizin zu reduzieren.

Der MedVet-Staph Forschungsverbund wurde 2010 gegründet und konnte in seiner ersten Förderungsperiode (2010-2013) zeigen, dass LA-MRSA eine bedeutende Last von MRSA Besiedlungen und (behandlungs­assoziierten) Infektionen  in der Bevölkerung in Deutschland und bei Tieren sind. Seit 2014 setzt der Verbund seine Arbeit in einer zweiten Förderungsperiode fort. Das BfR ist als Verbundpartner mit zwei Teilprojekten (IP3, IP5) an MedVet-Staph beteiligt, die im Folgenden vorgestellt werden.

Teilprojekte des BfR:

Erste Förderungsperiode: 10/2010-12/2013

IP3:

Im Vordergrund des Teilprojektes IP3 standen in der ersten Förderungsperiode grundlegende Fragen zur Übertragung des Erregers vom Tier auf den Menschen über den Expositionsweg Lebensmittel und zu dem von den unterschiedlichen klonalen Linien ausgehenden Gefährdungspotential.

Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass die wahrscheinlichste Herkunft der allermeisten Isolate aus Fleisch im Einzelhandel der Tierbestand ist. Einzelne Schritte während des Schlachtprozesses können beim Schwein zu einer massiven Reduktion der Kontamination mit MRSA führen, so dass die Ausgangsprävalenz bei den Schlachtschweinen von untergeordneter Bedeutung für die Kontaminationsrate des Schlachtkörpers ist. Entscheidend ist, dass die Möglichkeiten der Reduktion realisiert werden und eine Rekontamination der Schlachtkörper etwa durch verunreinigtes Equipment verhindert wird.  Weiterhin wurde aufgezeigt, dass in die Lebensmittelkette auch human-assoziierte MRSA-Typen eingetragen werden, darunter auch bekannte Epidemiestämme (USA300). Diese Stämme unterscheiden sich deutlich von den Nutztier-assoziierten Stämmen des CC398 MRSA hinsichtlich ihrer Virulenz- und Resistenzdeterminanten. Der Fund solcher Isolate insbesondere im Fleisch im Einzelhandel deutet auch darauf hin, dass MRSA im Zuge der Schlachtung und Verarbeitung in die Lebensmittelkette eingetragen werden können. Der Anteil  human-assoziierter MRSA Typen am Gesamtaufkommen von MRSA im Fleisch ist jedoch gering (<10 %).

Insgesamt ist eine Übertragung von MRSA entlang der verschiedenen Lebensmittelketten wahrscheinlich. Das Ausmaß der Übertragung wird wesentlich durch den Schlachtprozess mitbestimmt. Derzeit gibt es keine Hinweise darauf, dass es über das Lebensmittel auch zu einer Übertragung  (durch Kontakt/Verzehr) auf den Menschen kommt. Diese Frage ist jedoch nach wie vor noch nicht abschließend geklärt. Inwieweit von human-assoziierten klonalen Linien im Lebensmittel ein höheres Gefährdungspotential ausgeht als von LA-MRSA, wird ebenfalls Gegenstand weiterer Untersuchungen sein.

IP5:

IP5 erstellte Modelle zur Ausbreitung von MRSA auf dem Handelsnetz Schwein, da der Handel mit lebenden Tieren ein wesentlicher Risikofaktor für die Verbreitung ist. Die Anwendung des Modells ermöglicht Simulationsexperimente anhand deren optimierte Kontrollstrategien entwickelt werden können.

IP5 verwendete zur Modellentwicklung reale Daten über den Handel mit lebenden Schweinen zwischen den Betrieben der Produktionskette für Schweinefleisch. Die Daten sind in der nationalen Tierbewegungs-Datenbank HI-Tier abgelegt. Aus den Daten können Handelsnetze aufgebaut werden. Die Handelsaktivitäten sind zeitabhängig, die bisher zur Verfügung stehenden Modelle zur Ausbreitung von Erregern auf Handelsnetzen betrachten die Handelsnetze als statische Systeme. Es wurden neue Methoden entwickelt, die die zeitabhängige Dynamik der Handelsaktivitäten berücksichtigen.

Die Verwendung von zeitdynamischen Netzwerken ist bei der Modellierung der Ausbreitungsdynamik von Erregern auf Handelsnetzen wichtig. Wird die zeitliche Dynamik außer Acht gelassen, führt das zu einer Überschätzung des Risikos der Verbreitung. Nur die Verwendung zeitdynamischer Netze erlaubt die Entwicklung optimierter Kontrollstrategien.

Für den verwendeten Datensatz konnten kritische Punkte entlang der Produktionskette identifiziert werden, die den Eintrag von MRSA  in die Kette wesentlich beeinflussen.

Es konnte eine neue Methode entwickelt werden, die es ermöglicht, die Ausbreitung von MRSA auf Handelsnetzen korrekt abzubilden. Die Anwendung des Modells ermöglichte die Identifizierung optimierter Kontrollpunkte. Diese Methode kann auf weitere Fragestellungen der Ausbreitungsdynamik von Erregern auf Kontaktnetzen angewendet werden (im Rahmen des Projektes wurde die Methode z.B. auf Patienten - Verlegungsdaten angewendet).

Die Ergebnisse basieren auf detaillierten Informationen zu den Handelsaktivitäten zwischen landwirtschaftlichen Betrieben, die mit großem Aufwand in der Tierbewegungs-Datenbank HI-Tier gespeichert werden. Diese Datenbank und die Möglichkeit der Auswertung der darin enthaltenen Daten bilden somit den Eckstein der hier vorgestellten Analysen.

Die in IP5 erarbeiteten Ergebnisse basieren auf historischen Daten. Die Handelsaktivitäten sind dynamisch. Die Prognose zukünftiger Aktivitäten war nicht Gegenstand der hier durchgeführten Arbeiten, ist aber grundsätzlich möglich und es erscheint sinnvoll, entsprechende Modelle zu entwickeln.

Zweite Förderungsperiode: 01/2014-12/2016

In der zweiten Förderungsperiode werden im BfR im Rahmen von MedVet-Staph in den beiden Teilprojekten Studien zur Ausbreitung von MRSA auf landwirtschaftlichen Betrieben den und zum Übertragungsrisiko von MRSA über das Lebensmittel auf Verbraucherinnen und Verbraucher durchgeführt. Die beiden Teilprojekte befassen sich hierbei mit MRSA entlang der Lebensmittelkette. So werden zum einen in IP5 Untersuchungen zur Ausbreitung von MRSA in der Primärproduktion Schwein durchgeführt. Zum anderen hat IP3 das Übertragungsrisiko von MRSA über das Endprodukt Lebensmittel auf Verbraucherinnen und Verbraucher im Fokus der Untersuchungen.

In IP3 sollen insbesondere die folgenden drei Forschungs­frage­stellungen anhand einer Kombination aus epidemiologischen bzw. labor-experimentellen in-vitro- und in-vivo- Methoden adressiert werden:

1. Welches Risiko besteht im Zusammenhang mit einer möglichen Kreuzkontamination von Lebensmitteln, dem verwendeten Equipment und/oder dem Menschen mit MRSA im Küchenumfeld?
2. Welches Risiko einer Kolonisation des Menschen mit MRSA besteht nach dem Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln?
3. Wie hoch ist das Gesamtrisiko einer Kolonisation des Menschen mit MRSA die über Lebensmittel in das Küchenumfeld eingetragen werden?

IP3 unterteilt sich in entsprechend der Fragestellungen in drei fachliche Teile: im Rahmen des ersten Teiles sollen Studien zur Kreuzkontamination/Übertragung von MRSA im Küchenumfeld sowie experimentelle Untersuchungen mit MRSA zur Kreuzkontamination durchgeführt werden. Im zweiten Teil sind experimentelle Fütterungsversuche beim Schwein zur Frage der Dosis-Wirkungsbeziehung von MRSA nach oraler Infektion geplant. Schließlich ist vorgesehen, den letzten Schritt in der Lebensmittelkette, d.h. eine mögliche Übertragung von MRSA im Haushalt, zu modellieren.

Das Teilprojekt  IP5 soll hingegen die Kontaktstruktur zwischen Schweinen, zwischen Schweinen und Personal, das die Schweine betreut, sowie zwischen Schweinen und deren Umwelt unter Praxisbedingungen untersuchen, und anhand der Versuchsergebnisse ein entsprechendes Modell der MRSA Ausbreitung entwickeln.

Projektpartner:

• Universitätsklinikum Münster (Leitung)
• Bundesinstitut für Risikobewertung, Abteilung Biologische Sicherheit
• Universitätsklinikum des Saarlandes
• Freie Universität Berlin
• Universität Würzburg
• Friedrich-Löffler-Institut
• Robert-Koch Institut
• Q-Bioanalytic GmbH (2. Förderungsperiode)

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