Molecular epidemiology and population biology of Clostridium difficile

Clostridium difficile ist der häufigste Erreger postantibiotischer Diarrhöen. Um die Verbreitung epidemischer Erregervarianten erfassen zu können, ist eine molekulare Typisierung erforderlich. Über die DNA-Sequenzanalyse repetitiver Regionen wurde ein neues Typisierverfahren (Tandem-Repeat-Sequenz-Typisierung) für C. difficile entwickelt. Die TRST verfügt über eine hohe Konkordanz zu etablierten Verfahren und kann die klonale Populationsstruktur und Phylogenie von C. difficile korrekt abbilden. Durch die Sequenzanalyse werden dabei reproduzierbar eindeutige Typen festgelegt und die Nachteile subjektiv auszuwertender Typisierverfahren überwunden, wodurch die Vergleichbarkeit internationaler Studien gewährleistet wird. In den letzten Jahren ist die Inzidenz von C. difficile Infektionen weltweit gestiegen, zum Teil assoziiert mit der Ausbreitung des Epidemiestammes Ribotyp 027. Da keine deutschlandweiten Daten über die Ribotypverteilung und deren Antibiotikaresistenz existierten, wurden von Januar bis Dezember 2008 670 Isolate aus 84 Krankenhäusern molekular typisiert. Ribotyp 001 war der prävalenteste Ribotyp, gefolgt von Isolaten des Ribotyps 078 und 027. Resistenzen gegenüber den Therapieantibiotika Metronidazol und Vancomycin waren nicht nachweisbar, wohingegen eine weit verbreitete Fluorchinolonresistenz und konvergent entwickelte Gyrasemutationen für ein hohes Infektionsrisiko nach Fluorchinolon-Therapie sprechen. Um die Hintergründe der weltweiten Ausbreitung des Ribotyps 027 verstehen zu können, sind fundierte Kenntnisse der genetischen Populationsstruktur erforderlich. Über die Typisierung von 60 internationalen Isolaten mit Hilfe von Mirkosatelliten (MLVA) konnte die globale Ausbreitung einer neuen Erregervariante gezeigt werden. Die Genomsequenzierung eines Isolats aus Deutschland und anschließende Genomvergleiche bestätigten die Evolution neuer Linien, wodurch zur Aufklärung der Entwicklungsgeschichte des Ribotyps beigetragen werden konnte.Clostridium difficile is the most frequent cause of postantibiotic diarrhea. Genotyping is necessary to track the emergence and spread of epidemic strains. By analysing repetitive DNA in the genome of C. difficile, we established a new sequence-based typing method designated tandem repeat sequence typing (TRST). TRST demonstrated excellent concordance with widely used PCR ribotyping and equal discriminatory power. Moreover, sequence clades corresponded to phylogenetically coherent groupings. In future the inherent portability of sequence data will enable decentralized genotyping efforts, which may boost large scale investigations on the molecular diversity of C. difficile. During the past decade, incidence rates of C. difficile infections have increased worldwide, partly due to the emergence of more virulent ribotype 027 strains. As no nationwide surveillance data on C. difficile genotype prevalence and associated antibiotic susceptibility existed, we characterized 670 isolates collected from patients in 84 hospitals in Germany during 2008. PCR ribotyping showed high prevalence of ribotype 001 and restricted dissemination of ribotype 027 strains. No resistance to metronidazole or vancomycin was noted; however frequent fluoroquinolone resistance and associated gyrase mutations suggested a high infection risk after fluoroquinolone prescription. Resolving the evolutionary history of global ribotype 027 spread requires detailed knowledge of the genetic population structure of C. difficile. Multilocus variable-number tandem-repeat analysis (MLVA) of 60 international ribotype 027 strains revealed the dissemination of a new variant 027 strain. Genome sequencing of an isolate from Germany and subsequent comparative genomics confirmed the evolution of new 027 lineages, which contributes to the understanding of the evolutionary history of international ribotype 027 emergence