Einfluss von Bioziden und Umweltfaktoren auf den konjugativen Transfer plasmidkodierter Resistenzgene

Biozide, Wirkstoffe von Desinfektionsmitteln, werden entlang der Lebensmittelkette eingesetzt, um während der Schlachtung und der Produktion die Kontamination von Lebensmitteln mit Bakterien zu verhindern. Dabei sind Bakterien Bioziden in unterschiedlichen Konzentrationen ausgesetzt. In der Literatur gibt es Hinweise darauf, dass die wiederholte ExpositionDialog schließenExpositionExpositionZum Glossareintrag von Bakterien gegenüber Bioziden sowohl zur Ausbildung von Biozidresistenzen als auch zu Kreuzresistenzen gegenüber Antibiotika führen kann. In diesem Projekt werden E. colikurz fürEscherichia coli und Klebsiella spp. – isoliert aus Schlachthöfen in Nigeria – auf ihre Empfindlichkeit gegenüber Bioziden und Antibiotika untersucht. Die Beprobung der Schlachthöfe fand zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten statt: vor der Desinfektion (unmittelbar nach dem Schlachtvorgang) und nach Reinigung und Desinfektion. Die Isolate werden zusätzlich genetisch charakterisiert und auf ihre Biofilmbildungseigenschaften untersucht. In einem zweiten Teilprojekt wird der Einfluss von Bioziden auf den konjugativen Transfer von Plasmiden zwischen Bakterien untersucht. Der horizontale Gentransfer (HGT) spielt eine wichtige Rolle bei der Verbreitung von Antibiotika- und Biozidresistenzgenen. Welche umweltassoziierten Faktoren den konjugativen Plasmidtransfers in mikrobiellen Gemeinschaften beeinflussen, ist nur unzureichend bekannt. Im Rahmen dieses Projekts werden Escherichia coli- und Klebsiella-Isolate aus Fleischproduktionsumgebungen eingehend auf den intra- und interspezifischen konjugativen Transfer von plasmidkodierten Resistenzgenen innerhalb von Biofilmen mit zwei Spezies/Isolaten unter Biozidexposition mit Hilfe kultureller und fluoreszensbasierter Nachweisverfahren untersucht.

Ergebnisse Escherichia coliDie Untersuchung von 50 E. coli-Isolaten aus Schlachthöfen in Edo State (Nigeria) zeigten eine hohe genetische Diversität. Während keine Hinweise auf Biozidresistenz gefunden wurden, bildeten Isolate, die nach der Reinigung gewonnen wurden, durchschnittlich stärkere Biofilme – unabhängig von der Produktion von Curli-Fimbrien und Cellulose. Die genomischen Analysen identifizierten sowohl atypische enteropathogene Stämme als auch extraintestinale Pathotypen wie ST10. Besonders relevant war der Nachweis zweier Isolate, die das ESBL-Gen blaCTX-M-15 tragen. Core-genome-MLST bestätigte zudem klonale Verbreitung innerhalb der Betriebe sowie wiederholte Nachweise einzelner Klone nach Durchführung von Desinfektionsmaßnahmen. Virulenzgenanalysen deuten darauf hin, dass Effektorsysteme die Biofilmbildung begünstigen. Insgesamt zeigt sich, dass Schlachtumgebungen als Reservoir für potenziell pathogene E. coli, einschließlich ESBL-produzierender Stämme, fungieren können.Ergebnisse veröffentlicht in 2 Publikationen
Ergebnisse KlebsiellaInsgesamt 128 Klebsiella-Isolate – überwiegend K. pneumoniae – aus vier Schlachthöfen zeigten eine deutliche genetische Vielfalt sowie eine hohe Ausstattung an Virulenzfaktoren (66–124 Gene pro Isolat). Starke Biofilmbildung war bei rund zwei Dritteln der Stämme nachweisbar. Weder Desinfektion noch Umweltstress beeinflussten signifikant die Kapsel-, Siderophor- oder Biozidprofile. Trotz überwiegend niedriger Biozid-MIC/MBC-Werte deuteten schwache, aber signifikante Zusammenhänge auf einen komplexen Einfluss von VirulenzDialog schließenVirulenzVirulenzZum Glossareintrag, AMRkurz fürAntimicrobial resistance (Resistenzen gegenüber Wirkstoffen) und Biozidempfindlichkeit hin. Die Hemmung von Effluxpumpen führte zu einer deutlichen Veränderung der Biozidresistenzprofile, was auf effluxvermittelte Resistenzmechanismen hinweist. Die Ergebnisse zeigen ein hohes Überlebenpotenzial von Klebsiella in Schlachthöfen und verdeutlichen den Bedarf an verbesserten Hygienemaßnahmen. Veröffentlichung der Ergebnisse geplant für 2026.
Untersuchung des konjugativen Plasmidtransfers unter BiozidexpositionAus den 50 E. coli wurden auf Grundlage der phänotypischen Daten Kandidaten für Donor- und Rezipientenstämme ausgewählt. Erste Konjugationsexperimente zeigten jedoch, dass die Isolate aus der Studie für die geplanten Experimente nicht geeignet sind. Für weiterführende Experimente kamen daher gut charakterisierte Isolate aus der Stammsammlung der Produkthygiene zum Einsatz (Donor 20-47-200, Tetracyclin-resistent; Rezipient 22-47-1, Natriumazid-resistent). Nach Ermittlung der Biozidempfindlichkeiten für beide Isolate wurden Konjugationsversuche unter subinhibitorischen Konzentrationen verschiedener Biozide (BAC, OCT, CHX, TRI) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Biozide den plasmidvermittelten Gentransfer beeinflussen können. Besonders Benzalkoniumchlorid führte in sehr niedrigen, umweltrelevanten Konzentrationen zu einer signifikanten Erhöhung der Plasmidübertragung. Dies weist darauf hin, dass Biozidexposition in der Praxis potenziell zur Verbreitung resistenztragender Plasmide beitragen kann. 
Veröffentlichung der Ergebnisse geplant für 2026