Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus

Dumke J (2016)
Bielefeld: Universität Bielefeld.

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Bielefeld Dissertation | German
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Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus ist ein Kommensale des Gastrointestinaltraktes (GIT) von Mensch und Tier, der auch fakultativ pathogen sein kann. Das Bakterium kann als Erreger der Endokarditis, Meningitis und Sepsis im animalen und humanen Wirt identifiziert werden. Beispielsweise wurden in 20 % der humanen Streptokokken-bedingten Endokarditis S. gallolyticus subsp. gallolyticus als auslösendes Pathogen identifiziert. Obwohl die Infektionszahl zunimmt, sind die Transmissionswege und das zoonotische Potential bislang weitgehend ungeklärt. In dieser Arbeit wurde eine epidemiologische Fall-Kontrollstudie durchgeführt, mit der die Prävalenz von S. gallolyticus subsp. gallolyticus im humanen GIT ermittelt wurde. Molekulargenetisch konnten 75 % der getesteten Stuhlproben gesunder Probanden (n = 96) als S. gallolyticus subsp. gallolyticus-positiv identifiziert werden. In der Studie konnte bei Probanden unter 50 Jahren das fakultative Pathogen signifikant häufiger detektiert werden, wenn der Wohnsitz nicht in der Stadt war (Odds Ratio 0,12; p = 0,025). Des Weiteren gab es Hinweise, dass eine Amphixenose durch den Konsum von rohem Fleisch begünstigt werden könnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden durch die Etablierung eines Selektivmediums zahlreiche S. gallolyticus subsp. gallolyticus-Isolate aus humanem und animalem Fäzes und aus der Umwelt gewonnen und das Stammkollektiv damit erweitert. Dessen bakterielle Populationsstruktur konnte anhand des in dieser Arbeit komplettierten subspeziesspezifischen Multilocus Sequence Typing Schemas analysiert werden, wodurch erstmals Hinweise für eine potentielle Transmission zwischen Mensch und Tier aufgezeigt wurden. Ein übereinstimmendes Allelprofil wurde sowohl in einer humanen Blutkultur eines Landwirtes als auch im Kot von Legehennen seines Betriebes detektiert. Durch systematische Beprobungen konnten in diesem Legehennenbetrieb tierassoziierte Isolate aus der Umgebung (z. B. aus Staubpartikeln) und aus fäkalen Proben von Legehennen identifiziert werden, die diverse Sequenztypen (STs) aufwiesen. Durch die Analyse der einzelnen STs mit den jeweiligen Isolationsquellen konnten potentielle direkte und indirekte Transmissionswege identifiziert werden. Diese Interspeziestransmission könnte sowohl durch einen engen Kontakt zu kolonisierten Legehennen als auch durch einen fäkal-oralen Transfer beeinflusst werden. Weiterhin wurde eine Überlebensfähigkeit von S. gallolyticus subsp. gallolyticus außerhalb seines natürlichen Habitats auf trockenen Oberflächen, in Stuhl, im Leitungswasser sowie in Milch bis zu 14 Tage bei Raumtemperatur und 4 °C nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass S. gallolyticus subsp. gallolyticus die Pasteurisierung von Milch überleben kann, wodurch eine generelle Übertragung des fakultativen Pathogens durch Milchprodukte möglich wäre. Die nachgewiesene Toleranz von S. gallolyticus subsp. gallolyticus gegenüber alkalischen pH-Werten weist auf die Kolonisationsfähigkeit im GIT hin. Daraus kann abgeleitet werden, dass die Umwelt als Reservoir des Bakteriums fungieren kann und ein Transfer des Bakteriums über Nahrungsmittel möglich ist. Nach der Kolonisation des GITs begünstigt unter anderem die Adhäsion an Kollagene die Initiation einer Infektion. Für die verschiedenen Isolate konnte außerdem eine unterschiedlich stark ausgeprägte Fähigkeit der Adhärenz an Kollagen I und IV aufgezeigt werden, was auf divergente Virulenzeigenschaften des analysierten Kollektivs hindeutet. Folglich resultiert ein unterschiedliches Potential der analysierten Stämme, an das Kollagen I der extrazellulären Matrix des Endokards zu adhärieren und eine Infektion zu initiieren. Diese ermittelten Phänotypen zeigen auf, dass die Übertragung von S. gallolyticus subsp. gallolyticus zwischen Mensch und Tier, eine Etablierung im GIT und eine Infektion am Endokard möglich ist. Zusammengefasst konnte in dieser Arbeit mit Hilfe der analytischen Epidemiologie sowie der phänotypischen Charakterisierung eine potentielle Interspeziestransmission von S. gallolyticus subsp. gallolyticus dargestellt werden. Demnach konnten neue Erkenntnisse gewonnen werden, die das zoonotische Potential des fakultativen Pathogens aufzeigten.

Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus is a normal inhabitant and also a facultative pathogenic bacterium of the human and animal gastrointestinal tract (GIT). The same infections, such as endocarditis, meningitis and septicemia, can be observed in animals and humans. Exemplarily, S. gallolyticus subsp. gallolyticus was the causative pathogen in 20% of human streptococcal-induced endocarditis cases. Although the number of infections detected is increasing, the transmission pathways and the zoonotic potential are still unexplained. In this study, an epidemiological case-control study was performed to determine the prevalence of S. gallolyticus subsp. gallolyticus in the healthy human gut. Molecular genetic analyses revealed 75% S. gallolyticus subsp. gallolyticus-positive fecal specimens of heathy humans (n = 96). Within these investigations, the facultative pathogen was significantly more detected in the younger population group (≤ 50 years old) not living in an urban residence (odds ratio 0.12; p = 0.025). It was also shown that the consumption of raw meat may promote amphixenosis. Furthermore, a selective medium was established which enables the selection of several S. gallolyticus subsp. gallolyticus isolates from human and animal feces as well as from the environment to enlarge the strain collection. Within this work, the subspecies-specific multilocus locus sequence typing scheme has been completed and was used to investigate the bacterial population structure. In addition, it demonstrates for the first time a potential transmission between animals and humans. The same allelic profile was identified in isolates from a human blood culture of a farmer and from fecal droppings of his laying hen flock. Systematic investigations of the multiage system of the laying hen flock revealed more isolates with divergent sequence types (STs) in isolates from the environment of birds (for example, in particles of dust) and from fecal droppings of laying hens. The analysis of the STs and the related origin of the isolates demonstrated potential direct and indirect transmission routes. The interspecies transmission might be increased through a close contact to colonized laying hens as well as a fecal oral transfer. Additionally, the survival of S. gallolyticus subsp. gallolyticus outside its natural habitat was demonstrated on dry surfaces, in human feces, in tap water and in milk up to 14 days at room temperature or at 4°C. Furthermore, S. gallolyticus subsp. gallolyticus survived the pasteurization of milk, which may imply a potential transmission by milk products. The tolerance of the bacterium to survive alkaline milieu detected suggests a possible colonization of the human digestive tract. Therefore, the environment may function as a reservoir of S. gallolyticus subsp. gallolyticus and the transfer of the bacterium may be possible by nutrition. After colonization of the GIT, the adhesion to collagen may influence the initiation of an infection. Different abilities to adhere to collagen I and IV indicate divergent virulence capabilities within the strain collection analyzed. Consequently, the strains possess different potential to adhere to collagen I of the extracellular matrix of the endocardium to initiate an infection. These phenotypes observed lead to the assumption that S. gallolyticus subsp. gallolyticus may be transmitted between animals and humans, colonize the GIT and cause an infection of endothelial structures. In summary, this work demonstrates a potential interspecies transmission of S. gallolyticus subsp. gallolyticus based on the analytical epidemiology and phenotypic characterization. These approaches, therefore, showed the zoonotic potential of S. gallolyticus subsp. gallolyticus.
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Dumke J. Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2016.
Dumke, J. (2016). Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus. Bielefeld: Universität Bielefeld.
Dumke, J. (2016). Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus. Bielefeld: Universität Bielefeld.
Dumke, J., 2016. Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus, Bielefeld: Universität Bielefeld.
J. Dumke, Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus, Bielefeld: Universität Bielefeld, 2016.
Dumke, J.: Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus. Universität Bielefeld, Bielefeld (2016).
Dumke, Jessika. Analyse der Transmission und des zoonotischen Potentials von Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus. Bielefeld: Universität Bielefeld, 2016.
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