Wie Nutztiersysteme als Reservoir für antimikrobiell resistente Bakterien fungieren

Wissenschaftler des International Livestock Research Institute (ILRI), der University of Liverpool, der University of Edinburgh und anderen Orten haben untersucht, wie Nutztiersysteme als Reservoir für antimikrobiell resistente (AMR) Bakterien und AMR-Gendeterminanten fungieren, die Menschen infizieren oder besiedeln können.

Dies wirft ein Licht auf die Faktoren, die AMR an der Schnittstelle mehrerer Arten und des One-Health-Sektors beeinflussen. Die in Nairobi, Kenia, durchgeführte Studie erscheint in dieser Woche BMC-Medizinund hilft im Detail, wie die Entwicklung von Arzneimittelresistenzen bei Bakterien vermieden und bewältigt werden kann.

Alexander Fleming, der das weltweit erste Antibiotikum, Penicillin, entdeckte, warnte davor, dass der Missbrauch von Antibiotika zu AMR führen könnte. Er zeigte, dass sich Bakterien, Viren, Pilze und Parasiten entwickeln, wenn sie Antibiotika ausgesetzt werden, und schließlich nicht mehr auf diese Medikamente ansprechen. Als Folge von Arzneimittelresistenzen werden Antibiotika und andere antimikrobielle Arzneimittel unwirksam und Infektionen werden immer schwieriger oder unmöglicher zu behandeln.

Heutzutage sind AMR weltweit zu finden und stellen ein ernsthaftes Problem dar. Es wurde geschätzt, dass bis 2050 alle drei Sekunden eine Person an AMR sterben wird, wenn das Problem nicht jetzt angegangen wird.

„Länder mit hohem Einkommen können Ressourcen und große Investitionen gegen antimikrobiologische Resistenzen auf eine Weise einsetzen, die Länder mit niedrigem Einkommen nicht können“, erklärte der Studienleiter, Dishon Muloi, Research Fellow am International Livestock Research Institute (ILRI) und ehemaliger Ph.D. Studentin an der University of Edinburgh.

„Aber AMR ist nicht nur ein Problem mit hohem Einkommen oder ein Problem in Ländern mit niedrigem Einkommen. Mit der Leichtigkeit, mit der es sich auf der ganzen Welt ausbreiten kann, ist es ein Problem für alle. Widerstand in einer Gemeinde in Nairobi könnte also tatsächlich klinisches Versagen in einem bedeuten Klinik in Hongkong in zwei oder drei Tagen. Angesichts unserer vernetzten Welt behandeln wir das Problem noch nicht mit der nötigen Dringlichkeit.“

Ein Weg, auf dem sich antimikrobiologische Resistenzen vermutlich entwickeln, ist die große Menge an Antibiotika, die in der Viehwirtschaft verwendet werden, wo Bakterien Resistenzen entwickeln und sich dann auf den Menschen ausbreiten. Quantifizierbare Informationen hierzu sind bisher unzureichend. Die heutige Studie verwendete Genomik, Epidemiologie und Ökologie, um die Muster der AMR-Genübertragung in einem beispielhaften Organismus, E. coli, zu untersuchen.

Als Teil einer kontrollierten epidemiologischen Bewertung von 99 Haushalten in Nairobi, Kenia, sequenzierten Wissenschaftler die gesamten Genome von Bakterien, die aus 311 Exkrementproben von Menschen, 606 Rindern und 399 Wildtieren isoliert wurden. Mithilfe statistischer Modelle untersuchten sie die Prävalenz von AMR-Trägern und beschrieben die Diversität und Struktur der AMR-Gene in unterschiedlichen Wirtspopulationen in der ganzen Stadt. Sie untersuchten auch Bedingungen, die zur Verbreitung von AMR-Genen vom Menschen auf sympatrische Tiere auf Haushaltsebene führen könnten.

In tierischen und menschlichen Isolaten fand das Team 13 Punktmutationen und 56 erworbene Gene, von denen bekannt ist, dass sie Resistenzen gegen neun verschiedene Antibiotikaklassen verleihen. Sie entdeckten, dass die Zusammensetzung der AMR-Gengemeinschaft nicht mit der Wirtsspezies zusammenhängt, sondern dass AMR-Gene häufig kolokalisiert waren, möglicherweise auf Plasmiden, was darauf hindeutet, dass eine Resistenz gegen mehrere Medikamente in einem einzigen Schritt erworben und verbreitet werden könnte. Das Risiko einer AMR-Übertragung über Mensch-Vieh-Schnittstellen ist am größten, wenn Gülle unsachgemäß entsorgt wird, und in größeren Haushalten.

Aus der Studie ergeben sich zwei politische Implikationen. Der erste besteht darin, die Bedeutung einer ökosystemweiten Überwachung von AMR hervorzuheben. „Ärzte sollten nicht nur über die Zunahme von AMR beim Menschen nachdenken, sondern auch bei Nutztieren und der weiteren Umwelt, denn was wir sehen, ist, dass Wildtiere sammeln und sich mit dem fortbewegen, was sie aus der Umwelt erhalten“, sagte Muloi.

Die Ergebnisse der Studie über die weit verbreitete Übertragung klinisch relevanter AMR-Mechanismen in Menschen- und Tierpopulationen, insbesondere in Wildtieren, die sich über große Entfernungen bewegen, unterstreichen die Bedeutung einer evidenzbasierten Überwachung zur weltweiten Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen.

„Diese Studie zeigt, wie leicht antimikrobielle Resistenzgene zwischen Mensch und Vieh in einer überfüllten städtischen Umgebung übertragen werden, und unterstreicht, dass wir eine koordinierte Reaktion im gesamten medizinischen und veterinärmedizinischen Bereich benötigen, wenn wir das Resistenzproblem überwinden wollen“, sagt Mark Woolhouse, Professor und Lehrstuhl für Epidemiologie von Infektionskrankheiten, Universität Edinburgh.

Zweitens ist das Problem der Gülleentsorgung, das banal erscheinen mag, aber unerlässlich ist. „Wenn Sie in Nairobi herumfahren, sehen Sie Misthaufen an der Straße“, sagte Muloi. „Wir haben Gülle traditionell nicht als Problem betrachtet, und selbst wenn wir unsere Richtlinien betrachten, die denen in vielen anderen Ländern ähnlich sind, wird Gülle nicht als Risiko angesehen. Aber es ist klar, dass wir unsere Arbeit viel besser machen müssen die Umwelt zu säubern, im Interesse einer guten öffentlichen Gesundheit.“

Die Studie ist Teil eines Gesamtprojekts namens Urban Zoo oder formaler bekannt als „Epidemiologie, Ökologie und Sozioökonomie der Entstehung von Krankheiten in Nairobi“. Laut Studienleiter Eric Fèvre, Professor für veterinärmedizinische Infektionskrankheiten, Institute of Infection, Veterinary and Ecological Sciences, University of Liverpool und gemeinsam ernannter leitender Wissenschaftler, ILRI, besteht das Ziel darin, die Mechanismen zu verstehen, die zur Einschleppung und Ausbreitung von Krankheitserregern in Städten führen Bevölkerungen. „Hier sehen wir, dass wir einen ganzheitlichen Ansatz verfolgen müssen, der Menschen, Tiere, ihre Abfälle und die gemeinsame Umwelt umfasst“, sagt Fèvre.