Salmonella Infantis im Elektronenmikroskop

© Klinik für Geflügel und Fische, Vetmeduni Wien

SITVI

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Salmonella Infantis beim Huhn: Tenazität - Virulenz - Immunreaktion

Titel (englisch)

Salmonella Infantis in chickens: ability to survive - virulence - immune response

Abstract (englisch)

Salmonella spp. are considered to be one of the most common causes of food borne bacterial infections in humans. Salmonella enterica subspecies enterica includes more than 1400 non-typhoid serovars of which only a small amount counts for the majority of poultry asscociated isolates, namely S. Enteritidis, S. Typhimurium and S. Infantis. Although a reduction in infections with Salmonella can be observed over the last years the latest EFSA report (2016) announced an increase in human infections caused beside S. Enteritidis, S. Typhimurium mainly by S. Infantis. In Austria the same trend can be recognized ranking S. Infantis within the 4 most isolated serovars in humans. Poultry meat is regarded as the main reservoir for human infections. Over the last years, S. Infantis is found to be the most prevalent serovar in broilers in the EU. Eradication of S. Infantis from infected broiler flocks is hardly successful even by applying strict cleaning and desinfection procedures. A view publication indicated a higher tenacity of S. Infantis compared to other S. serovars.
With the present study a focus will be on the in-vitro testing of bacterostatic and bacteriocidal activity of commercially available desinfectants which are actually used in the field. But also the influence of the host itself is not fully understood so far. The present project shall also contribute to gain more knowledge in regard to infection dynamics, organ affinity and immunology in infections with S. Infantis in broilers. Therefore, animal experiments are planned using different genetics of birds, different dosis of infections, different time points of infections and genetically diverse S. Infantis isolates. Additonally, by using sentinel birds and determination of S. Infantis load of air samples in these experiments the dynamics of infections shall be elucidated in a flock. The aim of the present project is to gain scientific data as basis for possible intervention strategies in regard to S. Infantis infections.

Schlagwörter (deutsch)

Salmonella Infantis, Huhn, Tenazität, Virulenz, Immunreaktion

Projektleitung

Claudia Hess

Forschungseinrichtung

VetMed

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus
Bundesministerium für Arbeit, Soziales, Gesundheit und Konsumentenschutz
Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Projektnummer

101365

Projektlaufzeit

-

Projektziele

Mit dem vorliegenden Projekt sollen folgende gezielte Fragestellungen in Bezug auf S. Infantis Infektionen beim Huhn untersucht werden:
1) Einfluss des Leistungstyp / der Hühnerrasse
2) Einfluss der Infektionsdosis und des Infektionszeitpunktes
3) Vergleichende Infektionsstudien mit unterschiedlichen S. Infantis Stämmen aus Österreich
4) Ermittlung der angeborenen und erworbenen Immunantwort, sowie humoralen und zellulären Immunreaktion der Tiere
5) Bestimmung der bakteriostatischen und bakteriziden Wirkung unterschiedlicher Desinfektionsmittel auf unterschiedliche S. Infantis Isolate

Durch die Untersuchungen der oben genannten Fragestellungen soll das aktuelle Wissen in Bezug auf S. Infantis Infektionen im Huhn wesentlich erweitert werden. So sollen wichtige Erkenntnisse zur Infektion und Organlokalisation des Erregers gewonnen werden. Der Umstand, dass zusätzlich zu spezifiziert pathogen freien (SPF) Tieren auch im Feld verwendete Rassen (schnell und langsam wachsende Rassen) untersucht werden, unterstreicht den Anwendungscharakter der Untersuchungen. Dies wird durch den Einsatz von Sentineltieren noch unterstrichen, da somit der Ausbreitungscharakter der Infektion zwischen den Tieren untersucht werden kann. Zusätzlich sollen neue Erkenntnisse in Hinblick auf die Tenazität des Erregers gewonnen werden. Dies soll eine wissenschaftliche Basis für die Entwicklung möglicher Bekämpfungsstrategien schaffen.

Um die Ziele des Projektes zu erreichen ist eine Zusammenarbeit mit der Qualitätsgeflügelvereinigung (QGV) und der Nationalen Referenzzentrale für Salmonellen der AGES in Graz geplannt. Während durch die QGV aktuelle Einflüsse aus dem Feld in das Projekt eingebracht werden sollen hat die Kooperation mit der nationalen Salmonellenzentrale das Ziel, definierte und gut charakterisierte Isolate von S. infantis.aus österreichischen Masthühnerbständen zu erhalten.

Praxisrelevanz

Im Feld wird die Eradikation von S. Infantis in betroffenen Geflügelmastbetrieben - trotz stringenter Reinigungs- und Desinfektionsmassnahmen - als äusserst schwierig angesehen. Mit den vorliegenden in-vitro Testungen zur Tenazität unterschiedlicher S. Infantis Isolate gegenüber handelsüblichen Desinfektionsmitteln sollen neue Erkenntnisse gewonnen werden, die in einen Empfehlungs-/Massnahmenkatalog in Zusammenarbeit mit der QGV einfliessen sollen. Dieser wird den Geflügelbetrieben zur Verfügung gestellt.
Neben dem Virulenzverhalten unterschiedlicher S. Infantis Isolate, dem Einfluss der Hühnerrasse und dem Einfluss des Infektionszeitpunktes wird auch erstmalig ein Fokus auf die Abläufe des Immunsystems bei infizierten Hühnern gelegt. Die daraus gewonnen Erkenntnisse sollen erstmalig eine wissenschaftliche Basis für die Entwicklung möglicher Bekämpfungsstrategien in Hinblick auf Prophylaxe und Therapie liefern, und sollen auch in einem entsprechenden Empfehlungskatalog für die Geflügelbranche münden.

Berichte

Abschlussbericht

Masthühner sind ein bedeutendes Reservoir für unterschiedliche Salmonellen Serovare, welche lebensmittelbedingte Erkrankungen beim Menschen verursachen können. Der aktuelle Bericht der EFSA (2021) zeigt, dass Salmonella Infantis seit einigen Jahren stabil das am häufigsten vorkommende Serovar beim Geflügel (Gallus gallus), insbesondere beim Masthuhn, ist. Die Bedeutung dieses Serovars für die Humanmedizin wird dadurch unterstrichen, dass es nach Salmonella Enteritidis und Typhimurium das am häufigsten vorkommende Serovar im Zusammenhang mit Krankheitsausbrüchen ist. Durch die Untersuchungen im vorliegenden Projekt wurden neue Erkenntnisse in Hinblick auf die Tenazität des Erregers gewonnen, die eine wissenschaftliche Basis für die Entwicklung möglicher Bekämpfungsstrategien geschaffen haben. So konnten wir in einer in-vitro Studie die Unterschiede in der Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln gegenüber Salmonella Infantis aufzeigen. Basierend auf einem standardisierten Protokoll wurde die bakteriostatische und bakterizide Wirksamkeit von handelsüblichen und im Feld häufig eingesetzten Desinfektionsmitteln untersucht. Dadurch wurden wichtige Erkenntnisse nicht nur in Bezug auf eine notwendige Erhöhung der eingesetzten Konzentrationen bei einigen Produkten, sondern auch hinsichtlich des Wirksamkeitsverlustes abhängig vom Verschmutzungsgrades des Stalles erzielt. Dies ist auch insofern von Bedeutung, da wir erstmalig zeigen konnten, dass Salmonella Infantis nach Anwendung von Desinfektionsmitteln zunächst unter der Nachweisgrenze vorhanden sein kann, um zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufzuflammen. Eine weitere wichtige Erkenntnis war, dass sich die Empfindlichkeit gegenüber Desinfektionsmitteln zwischen Salmonella Infantis Isolaten unterscheiden kann. Führt man ein Ranking in der Wirksamkeit der Produkte durch, so sind solche auf Basis von Aldehyden und Quartären Ammoniumverbindungen zu bevorzugen, gefolgt von Wasserstoffperoxiden, Kresolen und Alkylaminen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie wurden entsprechende Empfehlungen in Zusammenarbeit mit der Qualitätsgeflügelvereinigung (QGV) erarbeitet. Die Ergebnisse dieser Studie gingen in folgende Publikation ein: Drauch et al. (2020). Der Einsatz von Desinfektionsmitteln wird immer wieder in Zusammenhang mit einem möglichen Anstieg antibiotikaresistenter Bakterien gebracht. Dies haben wir zum Anlass genommen, um unterschiedliche Salmonella Infantis Isolate ausgewählten Desinfektionsmitteln über einen längeren Zeitraum auszusetzen und Veränderungen im Antibiotikaresistenzprofil zu untersuchen. Durch die Testung mehrerer Klone von jedem Testansatz konnten der unterschiedliche Einfluss von Desinfektionsmitteln auf die Population von Salmonella Infantis festgestellt werden. Die am häufigsten hervorgerufenen Resistenzen waren in den Gruppen der Cephalosporine, Sulfamethoxazole, Tetrazykline und Aminoglykoside zu finden; vereinzelt bei Vertretern der Gruppen der Quinolone und Polypeptide. Hier ergeben sich zukünftige Fragestellungen in Hinblick auf die zugrundeliegenden Mechanismen und der Stabilität dieser Resistenzsteigerungen. Dies ist insofern auch für das Feld von Bedeutung, da ein verstärkter Einsatz von Desinfektionsmitteln für die Eliminierung von Salmonella Infantis aus Stallungen/Schlachthöfen mit einem vermehrten Auftreten von Antibiotika resistenten Isolaten verbunden sein könnten. Salmonella Infantis stellt eine sehr heterogene Gruppe dar, was sich sowohl im Auftreten unterschiedlicher Phäno- als auch Genotypen widerspiegelt. Durch das Screening von einer Selektion an Salmonella Infantis Isolaten gelang uns erstmalig der Nachweis, dass unterschiedliche Varianten im Feld anzutreffen sind. Durch ein gezieltes Mapping dieser Varianten konnten die bisher gefundenen Unterschiede im Wesentlichen auf das Schwärmverhalten sowie Abweichungen im erwarteten Koloniewachstum auf unterschiedlichen Nährmedien festgestellt werden. Mittels Analyse des Proteinprofils (MALDI-TOF MS) konnten allerdings keine Unterschiede zwischen den Isolaten gefunden werden. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, dass Varianten von Salmonella Infantis gefunden wurden, die sich einem Nachweis entsprechend der ISO 6579, der europaweiten Norm zum Nachweis von Salmonellen in der Primärproduktion, entziehen können. Dies könnte zu Fehlinterpretationen bezüglich der Prävalenzlage führen. Die Ergebnisse werden aktuell für eine Publikation zusammengefasst (Drauch et al., in Präparation). Es wird somit unabdingbar sein, dass zukünftige Untersuchungen ein Hauptaugenmerk auf eine mögliche Detektion dieser Varianten aus Feldproben legen. Deren Ergebnisse könnten auch zu entsprechenden Empfehlungen bezüglich möglicher Änderungen der normativen Vorgaben führen. Neben diesen phänotypischen Unterschieden wurden in der vorliegenden Studie auch genotypische Unterschiede gefunden, die auf dem Vorhandensein des pESI Plasmids (plasmid of Emerging Salmonella enterica Infantis) beruhen. Da dieses Plasmid nicht nur Virulenzgene in sich trägt, sondern auch Gene für diverse Antibiotikaresistenzen ist zukünftig ein Hauptaugenmerk auf mögliche Intra- und Inter-Speziesübertragungen zu legen, die nicht nur in der Veterinärmedizin, sondern auch in der Humanmedizin erhebliche Folgen mit sich bringen könnten. Mit dem vorliegenden Projekt wurde aber auch das aktuelle Wissen in Bezug auf Salmonella Infantis Infektionen im Huhn wesentlich erweitert. Anhand von Pathogenitätsstudien in embryonierten Bruteiern konnten wir zeigen, dass Salmonella Infantis ähnliche Pathogenitätseigenschaften aufweist, wie die Serovare Enteritidis und Typhimurium. In einem weiteren Schritt konnten wichtige Erkenntnisse zur Infektion und Organlokalisation des Erregers gewonnen werden. Der Umstand, dass zusätzlich zu spezifiziert pathogen freien (SPF) Tieren auch im Feld verwendete Rassen (schnell und langsam wachsende Rassen) untersucht wurden, unterstreicht den praktischen Anwendungscharakter der Untersuchungen. Dieser wurde durch den Einsatz von Sentinel- Tieren noch zusätzlich unterstrichen, da somit die Ausbreitung der Infektion zwischen den Tieren gezielt untersucht werden konnte. Die Ausbreitung von Salmonella Infantis pESI Plasmid tragenden Isolaten wird weltweit berichtet und kritisch verfolgt. In unseren Infektionsstudien konnten wir erstmalig zeigen, dass Salmonella Infantis Isolate, die das pESI Plasmid in sich tragen, eine gesteigerte Virulenz im Tier aufweisen, und sich somit besser und schneller im Tier, der Herde und somit in der Umwelt verbreiten können. Durch die zusätzliche Besiedlung von Leber und Milz stellen sie ein höheres Risiko für Humaninfektionen dar. Zudem führen sie zu einer deutlichen Immunreaktion im Tier, was die Frage aufwirft, ob diese Isolate tatsächlich nur Kommensalen für das Tier darstellen. Die Ergebnisse dieser Studie gingen in folgende Publikation ein: Drauch et al. (2021). Durch den Vergleich des Infektionsverlaufes in unterschiedlichen Rassen konnten wir zeigen, dass Legehühner und langsam wachsende Masthühner weniger empfänglich für Salmonella Infantis sind. Ein Phänomen, dass auch im Feld beobachtet wird, und nun wissenschaftlich belegt werden konnte begründet in der Genetik der Tiere. Diese Erkenntnis könnte für zukünftige züchterische Interventionen von Bedeutung sein, da jegliche Reduktion von Salmonella Infantis in der Primärproduktion hinsichtlich der Ausscheidung und Kolonisierung von inneren Organen zu einer Reduktion des Risikos humaner Salmonellosen führen kann.

Anhänge

Dateiname

DAFNE-Abschlussbericht_SITVI_Korrektur_20220926.pdf

Beschreibung

DAFNE-Abschlussbericht entsprechend der vorgeschlagenen Korrekturen

Abstract (deutsch)

Lebensmittelbedingte Infektionen mit Salmonellen zählen zu den weltweit häufigsten Ursachen humaner Erkrankungen. Salmonella enterica subspecies enterica umfasst mehr als 1400 nicht-typhoide Serotypen, von denen allerdings nur eine geringe Anzahl für den Großteil der beim Geflügel vorkommenden Isolaten verantwortlich ist, insbesondere Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium und Salmonella Infantis. Masthühner sind ein bedeutendes Reservoir für unterschiedliche Salmonella (S.) Serovare. Der aktuelle Bericht der EFSA (2021) zeigt, dass Salmonella Infantis weiterhin das am häufigsten vorkommende Serovar beim Geflügel (Gallus gallus), insbesondere beim Masthuhn, und das vierthäufigste Serovar bei Menschen ist. Dies spiegelt sich auch in österreichischen Isolaten von Mastgeflügelbeständen und dessen Fleisch sowie in der Humanmedizin wieder. Im vorliegenden Projekt wurden gezielte Fragestellungen hinsichtlich des Auftretens von S. Infantis untersucht. In einem ersten Schritt wurden in einer in-vitro Studie ausgewählte S. Infantis Feldisolate auf ihre Empfindlichkeit gegenüber gängigen Desinfektionsmitteln getestet. Diese Untersuchungen sollten die Basis für Empfehlungen beim Einsatz von Desinfektionsmitteln im Falle einer S. Infantis Kontamination bilden. In Bezug auf den Einsatz von Desinfektionsmitteln wurde auch die Möglichkeit des Auftretens vermehrter Antibiotikaresistenzen untersucht. Dieses Phänomen wurde bereits bei anderen Salmonellen Serovaren beschreiben, und basiert Großteils auf der Nutzung gemeinsamer Abwehrmechanismen des Bakteriums. Ein zweiter Schwerpunkt des Projektes lag in der Untersuchung des Virulenzverhaltens unterschiedlicher S. Infantis Isolate. Hierfür wurden Isolate phänotypisch und genotypisch charakterisiert. Des Weiteren wurden S. Infantis Isolate auch mittels Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectromety (MALDI-TOF MS) untersucht. Hierbei sollte untersucht werden, ob es möglich ist mit dieser Methode Unterschiede im Proteinprofil von verschiedenen Salmonella Serovaren sowie auch innerhalb der heterogenen Gruppe von S. Infantis feststellen zu können. Gezielte Virulenzstudien erfolgten zunächst im Brutei und anschließend in tierexperimentellen Studien. Mit diesen Untersuchungen sollten einerseits erstmalig Daten zur Pathogenität von unterschiedlichen S. Infantis Isolaten im Modell Hühnerembryo erhoben werden, und in späterer Folge neue Erkenntnisse zur Virulenz im Tier gewonnen werden.

Abstract (englisch)

Foodborne infections with Salmonella are among the most common causes of human diseases worldwide. Salmonella enterica subspecies enterica comprises more than 1400 non-typhoid serotypes, of which only a small number accounts for the majority of isolates found in poultry, in particular Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium and Salmonella Infantis. Broilers are an important reservoir for different Salmonella (S.) serovars. The latest EFSA report (2021) shows that Salmonella Infantis remains the most common serovar in poultry (Gallus gallus), particularly broilers, and the fourth most common serovar in humans. This is also reflected in Austrian isolates from broiler stocks and their meat as well as in human medicine. In the present project, several specific aspects were investigated with regard to the occurrence of S. Infantis. In a first step, selected S. Infantis field isolates were tested in an in-vitro study for their sensitivity to disinfectants commonly used in the field. These studies should form the basis for recommendations on the use of disinfectants in the event of S. Infantis contamination. With regard to the use of disinfectants, the possibility of the occurrence of increased antibiotic resistance was also examined. This phenomenon has already been described for other Salmonella serovars and is largely based on the use of common defense mechanisms of the bacterium such as efflux pumps. A second focus of the project was the investigation of the virulence behavior of different S. Infantis isolates. For this purpose, isolates were characterized phenotypically and genotypically, which should result in a so-called mapping. Furthermore, S. Infantis isolates were also analyzed using Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS). It should be investigated whether it is possible to use this method to determine differences in the protein profile of different Salmonella serovars and also within the heterogeneous group of S. Infantis. Targeted virulence studies of different isolates were initially carried out in hatching eggs and then in animal studies. With these investigations, data on the pathogenicity of different S. Infantis isolates in the chicken embryo model should be collected for the first time, and later new insights into virulence in the animal - defined in excretion rate, organ colonization and immune response - should be gained.

Autor/innen

Dr. Claudia Hess

Publikationen

Alle Publikationen wurden vom Projektverantwortlichen eingetragen und liegen in dessen Verantwortung.

Alice Senarclens de Grancy (2022). Ein Bakterium, das immer wieder aufpoppt (Die Presse, Samstag 9. Juli 2022, W2 Wissen & Innovation). .

Drauch, V., Ibesich, C., Vogl, C., Hess, M., Hess, C. (2020). In-vitro testing of bacteriostatic and bactericial efficacy of commercial disinfectants against Salmonella Infantis reveals substantial differences between products and bacterial strains .

Drauch, V., Kornschober, C., Palmieri, N., Hess, M., Hess, C. (2021). Infection dynamics of Salmonella Infantis strains displaying different genetic backgrounds - with or without pESI-like plasmid - vary considerably .

Drauch, V., Mitra, T., Liebhart, D., Hess, M., Hess, C. (2022). Infection dynamics of Salmonella Infantis vary considerably between chicken lines .