Genombasierte und funktionelle Analysen von Extended-Spectrum ß-Lactamases (ESBL)- und AmpC-bildenden Escherichia coli Isolaten verschiedener Herkunft

In den letzten Jahren konnte weltweit ein Anstieg von Extended-Spectrum ß-Lactamase (ESBL)-bildenden Escherichia coli im humanmedizinischen Bereich beobachtet werden, aber auch bei verschiedenen Tierarten, in der Umwelt und in Lebensmitteln wurden ESBL- sowie auch AmpC ß-Laktamase-bildende E. coli identifiziert. Das Vorkommen verschiedener Resistenzreservoire, sowie die häufige Lokalisation von ESBL-Genen auf Plasmiden, bergen das Potential für eine Verbreitung der Resistenzdeterminanten, beispielsweise entlang der Lebensmittelkette. Diese Dissertation hatte daher zum Ziel die Populationszusammensetzung ESBL- und AmpC-bildender E. coli aus Deutschland zu charakterisieren um Aussagen über ein mögliches Transferpotential zu treffen. Die Populationszusammensetzung von ESBL-bildenden E. coli Isolate aus nosokomialem und ambulanten Hintergrund sowie der gesunden Bevölkerung in Deutschland wurde anhand von 529 Isolaten untersucht. Die phylogenetische Analyse zeigte einen hohen Anteil des weltweit dominanten, human-spezifischen E. coli Klons vom Sequenztyp (ST)131 im Krankenhaus und ambulanten Bereich, und lag damit deutlich höher als in der Bevölkerung. Weiterhin wurden E. coli ST410, ST10, ST38 und ST69, welche regelmäßig als ESBL-Bildner bei Nutztieren und Lebensmitteln nachgewiesen wurden, identifiziert. In der zweiten Studie wurde untersucht ob es zu einer Sektor-übergreifende Transmission von AmpC-(CMY-2)-bildenden E. coli entlang der Lebensmittelkette kommt. Hierfür wurden 164 CMY-2-bildende E. coli von Menschen, Nutztier und Lebensmitteln Ganzgenom-sequenziert und phylogenetisch analysiert. In allen Populationen wurden identische blaCMY-2-tragende IncK2 und IncI1 Plasmide in einer Vielzahl klonaler E. coli Linien, unter anderem auch ST131, identifiziert. Die Ergebnisse deuteten auf horizontalen Gentransfer als Hauptursache für die Verbreitung der AmpC ß-Laktamase CMY-2 zwischen Mensch, Tier und Lebensmittel in Deutschland hin. Da horizontaler Gentransfer bei der Verbreitung von Antibiotikaresistenzen eine elementare Rolle spielt, wurden in der dritten Studie die Auswirkungen des Erwerbs eines Resistenzgen-tragenden Plasmids und nachfolgende Anpassungsmechanismen an das Wirtsbakterium untersucht. Die Untersuchungen zeigten, dass dies nur unter Umständen zu einem Fitnessverlust für das Wirtsbakterium führt und erworbene Fitnesskosten zudem innerhalb weniger Generationen durch kompensatorische Effekte ausgeglichen werden können.