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Cyanobakterien sind eine vielversprechende Quelle an strukturell diversen und biologisch hochaktiven Naturstoffen für die Entwicklung neuer Wirkstoffe. Bislang konnte die Strukturklasse der [7.7]Paracyclophane nur in fädigen Cyanobakterien der Gattungen Nostoc und Cylindrospermum nachgewiesen werden. Vorangegangene Arbeiten zeigten, dass gerade die Carbamidocyclophane chemisch und biologisch interessante Verbindungen darstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vor allem die Carbamidocyclophane produzierenden Cyanobakterien Nostoc sp. CAVN2 und Nostoc sp. CAVN10 unter besonderer Berücksichtigung der strukturellen Vielfalt an biosynthetisierten Metaboliten sowie deren antimikrobieller Aktivität umfassend charakterisiert. Um das biosynthetische Potenzial auf der metabolischen Ebene zu untersuchen, wurde im Vorfeld eine spezifische [7.7]Paracyclophan-Analytik etabliert, die skalierbare Methoden für alle Aufarbeitungsschritte beinhaltet. Die Optimierung endete in einem validierten sowie arbeits- und zeitsparenden einstufigen Extraktions- und Aufreinigungsverfahren mittels eines Zweiphasensystems und anschließender LC-UV-Analyse, um biologische Proben reproduzierbar zu analysieren und enthaltene Carbamidocyclophane zu quantifizieren. Kultivierungsstudien zum Einfluss der Temperatur an metabolisch aktiven und defizienten Nostoc-sp.-CAVN10-Kulturen ergaben einen direkten Zusammenhang zwischen der Biomassezunahme und der Temperaturerhöhung. Im Gegensatz dazu zeigten die einzelnen Carbamidocyclophan-Gehalte ein eher differenzierteres Bild über die verschiedenen Wachstumsphasen und Temperaturen hinweg. Da nur eine geringe Korrelation zwischen der spezifischen Wachstumsrate und der spezifischen Carbamidocyclophan-Produktionsrate ermittelt werden konnte, ist eine Relevanz dieser Verbindungen für den primären Zellstoffwechsel nicht ersichtlich. Bei Kultivierungsexperimenten an Nostoc sp. CAVN2 hatte der Zusatz von Chlorid- oder Bromid-Ionen eine drastische Erhöhung der Basalrate und Strukturdiversität der [7.7]Paracyclophane zur Folge. Das gleichzeitige Vorhandensein beider Halogenide im Medium zeigte kompetitive Effekte, wobei Chlorid als Substrat für den Halogenierungsprozess favorisiert wurde. Mit Hilfe eigens entwickelter Kultivierungsprozedere und Separierungsstrategien konnten insgesamt 25 Verbindungen aus Stamm CAVN2 isoliert und strukturell aufgeklärt werden. Dabei bilden die Carbamidocyclophane H–U neue chlorierte, bromierte und nicht halogenierte Naturstoffe. Zusätzlich konnten aus Stamm Cylindrospermum stagnale PCC 7417 neben den bekannten Cylindrocyclophanen A, B und D die drei neuen Cylindrofridine A–C erhalten werden. Diese stellen den Cylindrocyclophanen strukturell eng verwandte lineare Mono- und Dialkylresorcinole dar. Die vergleichende Evaluierung der Bioaktivität von 30 Reinsubstanzen ergab, dass viele Verbindungen sehr starke antimikrobielle Aktivität gegen grampositive Bakterien zeigen – besonders gegen Antibiotika-resistente Kokken mit minimalen Hemmkonzentrationen von oftmals deutlich unter 1 µM. Dabei bedingten die verschiedenen Substituenten (Carbamoyl- und Acetoxy-Reste sowie Hydroxygruppen oder Halogene) z.T. signifikante Aktivitätsunterschiede. Die Zytotoxizität der [7.7]Paracyclophane ist vor allem an das Vorhandensein des Makrozyklus gebunden, da lineare Derivate (Cylindrofridine B/C) kaum biologisch aktiv waren. Eine Ausnahme stellt dabei das nicht zytotoxische, aber antimikrobiell aktive Cylindrocyclophan-D-Monomer Cylindrofridin A dar. Die phylogenetische Analyse der 16S-rDNA-Daten bestätigte die morphologisch-taxonomische Identifizierung der Stämme CAVN2 und CAVN10 als Cyanobakterien der Gattung Nostoc und ergab weiterhin, dass alle Carbamido- und Cylindrocyclophane produzierenden Nostoc-Stämme Bestandteil einer monophyletischen Gruppe sind, die phylogenetisch distinkt zu anderen [7.7]Paracyclophan-Produzenten ist. Des Weiteren konnten keine Nukleotidunterschiede zwischen Stamm CAVN2 und CAVN10 auf den untersuchten Markergen-Sequenzen festgestellt werden, was beide auf der phylogenetischen Ebene als identisch erscheinen lässt und sie somit nur metabolisch aufgrund der strukturellen Diversität und Quantität an [7.7]Paracyclophanen differenzierbar sind. Mit Hilfe von molekulargenetischen Analyseverfahren und bioinformatorischer Auswertung konnte in Stamm CAVN2 das Carbamidocyclophan-Biosynthesegencluster mit einer Gesamtgröße von ca. 26,9 kbp identifiziert werden. Dieses beinhaltet 13 offene Leserahmen (cabA-cabM), wobei das Gen cabL für eine putative Carbamoyltransferase codiert. Ein neuer Halogenase-Typ in Verbindung mit einer Tandem-ACP-Domänen-Struktur in der Typ I Polyketidsynthase CabD könnte für die Ausbildung halogenierter Derivate verantwortlich sein. Der Nachweis eines codierenden Bereichs mit Rieske-Domäne (cabM) lässt eine direkte oxidative intermolekulare Makrozyklisierung bei der Assemblierung vermuten.
Multiresistente Erreger (MRE) gelten als Auslöser schwer behandelbarer nosokomialer Infektionen. Der Großteil der MRE kann neben dem Menschen auch landwirtschaftliche Nutztiere kolonisieren oder seltener infizieren. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Vorkommens von Methicillin-resistenten S. aureus (MRSA) und Extended-spectrum β-Laktamase (ESBL) bildenden E. coli bei landwirtschaftlichen Mitarbeitern und Nutztieren in Mecklenburg-Vorpommern im Jahr 2012. In die Untersuchungen konnten 17 Schweine-, 11 Rinder- und 6 Geflügelbetriebe und 78 dort Beschäftigte einbezogen werden. Zur Untersuchung auf MRSA wurden bei den Mitarbeitern kombinierte Nasen-Rachen-Abstriche entnommen, in den Tierställen erfolgten Staubproben sowie beim Geflügel zusätzlich Choanenabstriche. Der Mikrobouillon-Verdünnungstest diente der Ermittlung des Antibiotikaresistenzphänotyps. Es erfolgten eine spa-Typisierung, Multilocus-Sequenztypisierung (MLST) sowie Polymerasekettenreaktion (PCR) auf das Vorkommen des Genes luk-PV. Insgesamt waren 20 Mitarbeiter aus schweinehaltenden Betrieben mit MRSA kolonisiert. In 6 von 17 Schweinebetrieben wurden MRSA-positive Staubsammelproben nachgewiesen. Alle MRSA-Isolate ließen sich dem klonalen Komplex (CC) 398 zuordnen, dem typischen livestock-associated (LA-) MRSA. Das für den Virulenzfaktor Panton-Valentin-Leukozidin codierende Gen luk-PV wurde nicht detektiert. Die spa-Typen t034 (9/26), t011 (7/26) und t2370 (7/26) dominierten. Alle Isolate wiesen Resistenzen gegen Oxacillin und Oxytetrazyklin auf, der häufigste Resistenzphänotyp zeigte zusätzlich eine Resistenz gegen Erythromycin und Clindamycin (16/26). Resistenzen gegen Fluorchinolone (5/26) und Gentamicin (3/26) traten deutlich seltener in Erscheinung. Ein zooanthroponotischer Transfer liegt aufgrund des ausschließlichen Nachweises des CC398 nahe; zudem wiesen drei humane Isolate die identischen spa-Typen und Resistenzmuster wie die jeweiligen korrespondierenden Isolate aus den Stallstaubproben auf. Eine Korrelation zwischen der Arbeit in der Schweinehaltung und der MRSA-Positivität der Mitarbeiter wurde nachgewiesen (p < 0,001). Zur Isolation der ESBL-bildenden E. coli von den Mitarbeitern erfolgten Leistenabstriche. In den Tierbeständen wurden Kotsammel- bzw. Sockenproben, in den Geflügelställen zusätzlich Kloakenabstriche entnommen. Zur weiterführenden Untersuchung der Isolate erfolgten eine MLST zur Charakterisierung der Housekeeping-Gene und eine Multiplex-PCR zur Detektion der β-Laktamasen CTX-M, TEM, SHV und OXA. Für ausgewählte Isolate fand eine Subtypisierung mittels Sanger-Sequenzierung statt. Insgesamt 5 der 73 Mitarbeiter wiesen ESBL-bildende E. coli auf, drei dieser Personen waren in Rinder-, zwei in Schweinebetrieben beschäftigt. Alle fünf Isolate codierten CTX-M-Gene, zwei Isolate wiesen ebenfalls TEM, ein Isolat zusätzlich OXA auf. Insgesamt wiesen 14 Schweine-, 6 Rinder- und 3 Geflügelbetriebe ESBL-bildende E. coli auf. Zudem konnten in 9 der 60 Kloakentupfer aus zwei unterschiedlichen Betrieben ESBL-Bildner detektiert werden. CTX-M war die am häufigsten in Rinder- und Schweinebetrieben nachgewiesene β-Laktamase, in den Geflügelbetrieben dominierte SHV. Ein Isolat eines Probanden und das korrespondierende Isolat aus der Kotsammelprobe des Rinderbetriebes wiesen beide den MLST ST3891 und eine CTX-M-1/-61 β-Laktamase auf. Das deutet auf einen potentiellen zoonotischen Transfer hin. Zudem wurden in drei Isolaten von Mitarbeitern und den zugehörigen tierischen Kotproben die gleichen ESBL-Allele gefunden, wodurch ein horizontaler Gentransfer möglich erscheint. Die Ergebnisse zeigen die weite Verbreitung von LA-MRSA in Schweinebetrieben (35%) in Mecklenburg-Vorpommern und die damit einhergehende Gefährdung der Mitarbeiter auf. ESBL-bildende E. coli waren in mehr als Zweidrittel der untersuchten Betriebe nachweisbar, zudem weisen die Ergebnisse erstmals auf eine potentielle zoonotische Übertragung von Rindern auf den Menschen hin. Die hohen Detektionsraten von MRSA und ESBL-bildenden E. coli bei landwirtschaftlichen Nutztieren als auch die potentielle Übertragung auf Mitarbeiter unterstreichen die Notwendigkeit einer regelmäßigen Surveillance.
Das Robert Koch-Institut (RKI) empfiehlt die Durchführung einer ärztlichen Risikoanalyse für das Vorliegen einer bestehenden MRSA-Kolonisation und -Infektion, um zu entscheiden, welche Patienten in ein MRSA-Aufnahmescreening einzuschließen sind. Nach einem MRSA-Ausbruch im Mai/Juni 2006 in der Klinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald wurde in Anlehnung an die „Search and destroy“-Strategie der Niederlande ein PCR-basiertes generelles MRSA-Screening eingeführt. Alle stationär aufzunehmenden Patienten erhielten sowohl 14 Tage vor der Aufnahme als auch am Aufnahmetag einen MRSA-Abstrich, wobei die Proben aus beiden Nasenvorhöfen und von sichtbaren Erkrankungen der Haut sowie Wunden entnommen wurden. Nach Einleitung der Maßnahmen konnte ein Rückgang der Prävalenz von 14.7 % (Mai/Juni 2006) auf 1.6 % (Juli 2006-Dezember 2010) sowie der Inzidenzdichte von 19.4 (Mai/Juni 2006) auf 1.8 (Juli 2006-Dezember 2010) nachgewiesen werden. MRSA-Transmissionen traten nicht auf. Die vorliegenden Daten der Klinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald zeigen, dass dermatologische Einrichtungen ohne intensivmedizinische Betreuung, jedoch mit hohem Anteil von Patienten mit chronischen Erkrankungen (z. B. chronische Wunden, Diabetes mellitus) ähnlich hohe MRSA-Raten wie anerkannte Hochrisikostationen (u.a. Intensivstationen) erreichen können. Dementsprechend muss auch in dermatologischen Einrichtungen mit relevanten Transmissionsraten gerechnet werden, sodass dermatologische Abteilungen als MRSA-Risikostationen anerkannt werden sollten. Im Rahmen des MRSA-Screenings sollten nach Empfehlungen des Robert Koch-Institutes definierte Prädilektionsstellen (mindestens beide vorderen Nasenvorhöfe, Rachen, Wunden; ggf. Perineum und Leiste) für eine MRSA-Kolonisation untersucht werden. Unter Berücksichtigung der analysierten Daten wird für dermatologische Einrichtungen eine Dreifachkombination von Nase, vorhandenen Wunden und Hautläsionen (u.a. Ekzem, Psoriasis) für die MRSA-Surveillance empfohlen. Die zusätzliche Entnahme von Proben aus dem Rachen kann gemäß der RKI-Empfehlungen zu einer höheren Sensitivität des MRSA-Nachweises führen. Aus den erhobenen Daten kann kein eindeutiger Vorteil durch die zusätzliche Entnahme von Proben aus dem Rachen abgeleitet werden, wobei die Zahlen für eine Verallgemeinerung zu gering sind. Basis des MRSA-Nachweises ist laut RKI-Vorgaben ein kultureller Nachweis, bei dem zusätzliche Charakteristika (Identifizierung, Empfindlichkeitstestung, Testung Virulenzfaktoren) erhoben werden können. Neben dem kulturellen Nachweis (24-48 Stunden) ist es möglich eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zu einem schnelleren MRSA-Nachweis einzusetzen (nicht zum Nachweis von MRSA-Infektionen, nicht zur Kontrolle eines Sanierungserfolges). Wie die vorliegenden Daten zeigen, kann ein PCR-gestütztes generelles Aufnahmescreening in Kombination mit einem prästationären Screening eine MRSA-Transmission in einer Dermatologie zuverlässig verhindern. Neben dieser Strategie mit Modellcharakter ist zusätzlich eine funktionierende Basishygiene in allen beteiligten Bereichen wichtige Voraussetzung für die Vermeidung von MRSA-Transmissionen. Goldstandard in der MRSA-Diagnostik war auch in der Greifswalder Dermatologie der kulturelle MRSA-Nachweis, wobei im Gegensatz zu den RKI-Vorgaben eine 72-stündige Bebrütungszeit empfohlen wird. 12 % nicht detektierte MRSA-Träger sollten bei der MRSA-Surveillance insbesondere für die Transmission und für eine potentielle Infektionsquelle in dermatologischen Einrichtungen nicht toleriert werden. Derzeit werden weiterhin alle stationären Patienten in der Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald auf MRSA gescreent. Dabei wurde das prästationäre Zeitfenster auf 8 Wochen erweitert. Patienten, die innerhalb der letzten 8 Wochen vor Aufnahme einen negativen MRSA-Befund nachweisen können, werden am Aufnahmetag nicht erneut gescreent. In der Klinik und Poliklinik für Hautkrankheiten der Universitätsmedizin Greifswald traten weiterhin keine Transmissionen auf. Die MRSA-Prävalenz betrug im Durchschnitt 1 % (2011 0.76 %, 2012 0.69 %, 2013 1.58 %, 2014 1.06 %). Das Beibehalten eines modifizierten generellen Aufnahmescreenings erfolgt, da MRSA auch bei Patienten ohne klassische Risikofaktoren (n = 21, 35 % der MRSA-Patienten) nachgewiesen werden konnte.