Isolation rate, resistance pattern and genetic diversity of Campylobacter in livestock and environmental habitats

Das Ziel dieser Arbeit war es, mögliche Infektionsquellen von Campylobacter spp. und deren Isolierungsraten im Großraum Berlin im Zeitraum von November 2011 bis Juni 2013 in Heim-, Nutz- und Wildtieren sowie in Umweltproben zu ermitteln. Hierfür wurden zwei kulturelle Isolierungsmethoden – ISO- und Cape Town-Verfahren – verglichen. Weiterhin erfolgte eine Antibiotikaresistenztestung und eine Genotypisierung ausgewählter C.jejuni- und C. coli-Stämme mittels MLST. Die Kongruenz der ISO- und CT- Isolierungsverfahren betrug lediglich 11,5 % und durch die Kombination beider Verfahren stieg die Isolierungsrate um 37,7 %. Die höchsten Campylobacter- Isolierungsraten zeigten sich bei Hühnern und Wachteln (74 % und 62,5 %) gefolgt von Schweinen, Tauben, Hunden, Boden- und Katzenproben (32 %, 20 %, 15,3 %, 11,8 % und 11,3 %). Katzen mit Freigang schieden signifikant häufiger Campylobacter aus als solche ohne Freigang, was vermutlich auf das größere Spektrum von Kontaminationsquellen zurückzuführen ist. Hygienische Maßnahmen zur Bekämpfung der Campylobacteriose sollten somit auch auf den Umgang mit Heimtieren und auf den Aufenthalt im Freien ausgeweitet werden. Die Speziesverteilung von Campylobacter variierte stark in Abhängigkeit von der untersuchten Matrize. Untersuchte Tauben (n = 50) schieden ausschließlich C. jejuni, untersuchte Schweine (n = 50) ausschließlich C. coli aus. Bei Hühnern (n = 50) und Wachteln (n = 40) wurden beide Spezies nachgewiesen, wobei C. jejuni dominierte. Die untersuchten Hunde- (n = 163), Katzen- (n = 177) und Wasserproben (n = 114) wiesen mit dem Nachweis von C. jejuni, C. coli, C. upsaliensis und C. lari die größte Speziesvielfalt auf. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Kombination beider Isolierungsverfahren unabhängig von der untersuchten Spezies zu deutlich höheren Isolierungsraten führt. Darüber hinaus kann der Einsatz einer einzigen Methode zu einer Unterschätzung der Speziesvielfalt und von Mehrfachinfektionen führen. Dies bezieht sich nicht ausschließlich - wie in anderen Studien hervorgehoben -auf seltenere Spezies wie C. upsaliensis, C. lari und C. fetus, sondern auch auf C. jejuni und C. coli. In 72,3 % der untersuchten Isolate (n = 101) konnten Resistenzen gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen nachgewiesen werden. Alle untersuchten Stämme waren sensibel gegenüber Chloramphenicol und Gentamicin. Auch gegenüber Erythromycin erwiesen sich die untersuchten Isolate mit einer Ausnahme als sensibel. Gegenüber Streptomycin waren lediglich 9,9 % der untersuchten Isolate resistent. Die höchsten Resistenzraten zeigten sich bei Ciprofloxacin (61,4 %), Nalidixinsäure (47,5 %) und Tetrazyklin (42,6 %). Des Weiteren waren unabhängig von der Quelle Mehrfachresistenzen weit verbreitet (86,1 %). Bezüglich der beiden untersuchten Campylobacter-Spezies C. jejuni und C. coli ergab sich ein vergleichbar großer Anteil (71,4 % und 75,0 %) resistenter Isolate. Die höchsten Resistenzraten wurden bei Schweine-, Wachtel- und Hühner-Isolaten (100,0 %, 86,7 % und 79,4 %) bestimmt. Darüber hinaus zeigte sich bei ca. 50 % der Katzen-, Hunde- und Tauben-Isolate mindestens eine antimikrobielle Resistenz, wohingegen die Umweltproben meist vollständig sensibel waren. Die Resultate belegen, dass bei schwerwiegenden Campylobacter- Infektionen ein Resistenztest durchgeführt werden sollte. Die Genotypisierung ausgewählter C. jejuni- und C. coli-Isolate mittels MLST ergab für beide Spezies eine hohe genetische Diversität, und nur 13 der 39 identifizierten Sequenztypen sind bislang nicht für humane Isolate bekannt. Ein Zusammenhang zwischen MLST-Sequenztyp und Herkunft der Isolate war nicht ersichtlich. Dies deutet auf eine Vielzahl möglicher Infektionsquellen von Campylobacter hin.The aim of the study was to identify potential sources of Campylobacter spp. and their prevalences in Greater Berlin area from November 2011 to June 2013. Samples collected from pet animals, farm animals, wild animals and the environment were investigated by two isolation methods – ISO (according to ISO 10272-1:2006) and the Cape Town protocol. Also the presence of antimicrobial resistance in selected C. jejuni and C. coli isolates was determined by Broth Microdilution assays and isolates were genotyped by MLST. The congruence of both isolation procedures was 11.5 % and the detection rate of Campylobacter was increased by 37.7 % by using a combination of both procedures. The highest prevalence was detected in chicken (74 %) and quails (62.5 %), followed by pigs (32 %), pigeons (20 %), dogs (15.3 %), soil (11.8 %) and cats (11.3 %). Cats having outdoor access had significantly higher chances of being carriers of Campylobacter than cats living exclusively indoors. This could indicate a higher risk for Campylobacter infection in cats due to exposure to a wider range of sources of infection. These results show that pets and their environment should be taken into account to reduce the risk of human Campylobacter infection. The Campylobacter species varied widely depending on the source examined. In pigeons only C. jejuni and in pigs only C. coli was detected in this study. In chicken and quails, both species were detected, whereby C. jejuni was more prevalent than C. coli. Dogs, cats and water samples showed a greater diversity of species, with detection of C. jejuni, C. coli, C. upsaliensis and C. lari. Using a combination of both selective isolation methods in parallel resulted in significantly higher Campylobacter isolation rate regardless of the species examined. Using a single isolation procedure may result in underestimation of the diversity of Campylobacter spp. and multiple infections. This doesn`t refer exclusively to species like C. upsaliensis, C. lari and C. fetus but also to C. jejuni and C. coli. Antimicrobial resistance was observed in 72.3% or the isolates. All strains were sensitive to chloramphenicol and gentamicin. This also applied to erythromycin except in one isolate. Resistances to nalidixic acid (74.5 % of isolates), ciprofloxacin (61.4 %) and tetracycline (42.6 %) were common. Resistance to three antimicrobials or more was present in 86.1 % of isolates. The percentage of antimicrobial resistant isolates was comparable high in both C. jejuni (71.4 %) and C. coli (75 %). These results demonstrate that serious Campylobacter infections require an antimicrobial resistance testing. High resistance rates were observed in pigs (100 %), quails (86.7 %) and chicken (79.4 %). Nearly half of the cat, dog and pigeon isolates were resistant, whereas environmental isolates were mostly sensitive. Multilocus sequence typing of selected C. jejuni and C. coli isolates showed a high genetic diversity and 26 of the 39 determined sequence types have already been reported for human isolates. However, there was no correlation between MLST sequence type and source of the Campylobacter isolates. The above finding suggests that there are various sources of human infection with Campylobacter