Monitoring von Antibiotikarückständen in tierischen Lebensmitteln. Dr. Steffen Uhlig Freising

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1 Monitoring von Antibiotikarückständen in tierischen Lebensmitteln Dr. Steffen Uhlig Freising

2 QuoData in Kürze Services in Data Science Predictive Analytics Sampling and Extrapolation Experimental Design Validation of measurement methods Interlaboratory Studies and Meta Studies Qualification of production processes Products (software development) Software for interlaboratory tests ( PROLab Plus ) Software for in-house validation ( InterVAL) 34 Mitarbeiter 12 Data Science (Mathematik, Physik, Statistik, Bioinformatik) 6 IT 5 Biologie/Biotechnologie 2 Psychologie/Kommunikation Dr. Steffen Uhlig 2

3 Monitoring Dreiplattenhemmstofftest (DPT) Vorgeschichte: DPT-Validierung 2009 und DPT-Ringversuch 2009/2010 zeigen erhebliche Schwächen des DPT. Ziele des Monitoringprojekts Untersuchung und Abschätzung der Belastungssituation bei lebensmittelliefernden Tieren mit Antibiotika in Deutschland. Überprüfung der Kriterien der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift Lebensmittelhygiene (AVVLmH) zur Identifizierung Hemmstofftest-positiver Proben (bei einem bestimmten Anteil aller Schlachttiere) Dr. Steffen Uhlig 3

4 Monitoring Dreiplattenhemmstofftest (DPT) Auf Basis von ca Hemmstofftestproben erfolgte in drei Bundesländern eine statistisch repräsentative Untersuchung von insgesamt Hemmstofftest-negativen Nieren- und ggf. Muskelproben von Schwein, Rind und Kalb mittels einer chromatographisch-massenspektrometrischen Methode (LC/MS). Projektzeitraum: November 2010 bis November 2012 Für die daran anschließende statistische Auswertung wurden außerdem die Daten von 1359 Hemmstofftest-positiven und Hemmstofftest-zweifelhaften Proben einbezogen. Dr. Steffen Uhlig 4

5 Untersuchte Substanzen im Monitoringprojekt Aminoglykoside Apramycin Dihydrostreptomycin Gentamicin Kanamycin Neomycin Paromomycin Spektinomycin Streptomycin Amphenicole Florfenicol Florfenicolamin Thiamphenicol Cephalosporine Cefoperazon Cefalexin Cefapirin Desacetyl-Cefapirin Cefquinom Ceftiofur Cefazolin Cefacetril Cefalonium Chinolone Cinoxacin Ciprofloxacin Danofloxacin Difloxacin Enoxacin Enrofloxacin Flumequin Lomefloxacin Marbofloxacin Nalixidinsäure Norfloxacin Ofloxacin Oxolinsäure Sarafloxalin Diaminopyrimidine Baquiloprim Trimethoprim Lincosamide Clindamycin Lincomycin Pirlimycin Makrolide Clarithromicin Erythromycin Josamycin Oleandomycin Spiramycin Neospiramycin Tilmicosin Tulathromycin Tulathromycin-Marker Tylosin A 3-O-Acetyl-Tylosin Tylosin B Tylvalosin Mutiline Tiamulin 8-a-Hydroxymutilin Valnemulin Penicilline Amoxicillin Amoxicillansäure Ampicillin Benzylpenicillin Cloxacillin Dicloxacillin Nafcillin Oxacillin Phenoxymethylpenicillin Tetracycline Chlortetracyclin Doxycyclin Epichlortetracyclin Epioxytetracyclin Epitetracyclin Oxytetracyclin Tetracyclin Sulfonamide Sulfachlorpyridazin Sulfaclozin Sulfadiazin Sulfadimethoxin Sulfadimidin Sulfadoxin Sulfaguanidin Sulfamerazin Sulfamethoxazol Sulfamethoxypyridazin Sulfamoxol Sulfanilamid Sulfapyridn Sulfaquinoxalin Sulfathiazol Sulfisoxazol Sonstige Dapson Aus messtechnischen Gründen konnten einige Substanzen nicht von allen drei Ländern bzw. nicht über den gesamten Projektzeitraum untersucht werden. Dr. Steffen Uhlig 5

6 Ergebnisse der DPT-negativen Proben im Überblick Bei DPT-negativen Proben wurden insgesamt 51 MRL-Überschreitungen bei 12 Substanzen festgestellt. Im Rahmen der AVVLmH konnten bei mehr als Hemmstofftests überhaupt nur bei 9 dieser 12 Substanzen Konzentrationen > MRL nachgewiesen werden. Bei 3 der 12 Substanzen blieben MRL-Überschreitungen gänzlich unentdeckt. MRL-Überschreitungen Substanz Schwein Rind Kalb Amoxicillin x x Cefoperazon x Cefquinom x x Chlortetracyclin x Gentamicin x x Neomycin x Oxytetracyclin x x Sulfadiazin x x Sulfadimethoxin x Tetracyclin x x Tulathromycin x Tylosin A x x Dr. Steffen Uhlig 6

7 Belastungssituation im Projektzeitraum länderspezifisch Land A Land B Land C bzgl. aller untersuchten Substanzen DPT-Proben mit Konz. Schwein Rind Kalb > NG 17,22 % 6,67 % --- > 0,5 MRL 0,57 % 0,95 % --- > MRL 0,48 % 0,95 % --- DPT-Proben mit Konz. Schwein Rind Kalb > NG 2,53 % 11,51 % 52,63 % > 0,5 MRL 0,65 % 1,36 % 1,60 % > MRL 0,40 % 0,85 % 0,35 % DPT-Proben mit Konz. Schwein Rind Kalb > NG 1,09 % 1,14 % 3,75 % > 0,5 MRL 0,60 % 0,81 % 1,29 % > MRL 0,32 % 0,59 % 0,20 % bzgl. jener Substanzen, die von allen drei Ländern untersucht wurden Schwein Rind Kalb 17,04 % 5,71 % --- 0,41 % 0,95 % --- 0,32 % 0,95 % --- Schwein Rind Kalb 2,24 % 4,67 % 45,57 % 0,34 % 0,41 % 0,59 % 0,15 % 0,27 % 0,19 % Schwein Rind Kalb 1,06 % 0,96 % 3,75 % 0,57 % 0,55 % 1,29 % 0,30 % 0,41 % 0,20 % NG Nachweisgrenze Diese ist von Land zu Land sehr verschieden, so dass die Anteile > NG nicht vergleichbar sind. MRL Maximum Residue Level = Rückstandshöchstgehalt (gesetzlich festgelegt) Dr. Steffen Uhlig 7

8 Belastungssituation nach Substanzgruppen (länderübergreifend) Einbezogen werden bei der folgenden Betrachtung die Substanzen des eingeschränkten Substanzspektrum, d.h. jene Substanzen, die von allen Ländern untersucht wurden. Substanzgruppe Schwein Rind Kalb > NG > 0,5 MRL > MRL > NG > 0,5 MRL > MRL > NG > 0,5 MRL > MRL Chinolone 0,050 % 0,015 % 0,011 % 0,178 % 0,095 % 0,083 % 0,000 % 0,000 % 0,000 % Lincosamide 0,042 % 0,000 % 0,000 % 0,012 % 0,000 % 0,000 % 0,000 % 0,000 % 0,000 % Penicilline 0,043 % 0,034 % 0,009 % 0,320 % 0,237 % 0,166 % 0,011 % 0,011 % 0,011 % Sulfonamide 0,621 % 0,280 % 0,144 % 0,142 % 0,059 % 0,012 % 0,092 % 0,092 % 0,048 % Tetracycline 1,633 % 0,137 % 0,057 % 1,738 % 0,154 % 0,107 % 23,311 % 0,826 % 0,133 % Dr. Steffen Uhlig 8

9 Belastungssituation länderübergreifend in Bezug auf alle untersuchten Substanzen Extrapolation auf das vollständige Substanzspektrum Prozentuale Anteile aller Schlachttiere, die mit Substanzen behandelt wurden, deren Konzentrationen oberhalb des (halben) MRL liegen: Schwein Rind Kalb > 0,5 MRL > MRL > 0,5 MRL > MRL > 0,5 MRL > MRL 0,73 % 0,46 % 1,42 % 0,93 % 1,99 % 0,36 % Dr. Steffen Uhlig 9

10 Falsch-Positiv-Rate und Falsch-Negativ-Rate Schwein, am Beispiel des Landes B Schlachttiere DPT-Proben 629 DPT-positive Proben DPT-negative Proben 40 Proben LC/MS-positiv (>MRL) 589 Proben LC/MS-negativ ( MRL) Nachuntersuchung von 5523 DPT-negativen Proben mittels LC/MS 21 Proben LC/MS-positiv (>MRL) 5502 Proben LC/MS-negativ ( MRL) Dr. Steffen Uhlig 10

11 Falsch-Positiv-Rate und Falsch-Negativ-Rate Berechnung 629 DPT-positive Proben DPT-negative Proben 40 Proben LC/MS-positiv (>MRL) 589 Proben LC/MS-negativ ( MRL) Nachuntersuchung von 5523 DPT-negativen Proben mittels LC/MS Falsch-Positiv-Rate = 589/629 = 1 40/629 = 93,64 % 21 Proben LC/MS-positiv (>MRL) 5502 Proben LC/MS-negativ ( MRL) 0,38 % (=21/5523) aller nachuntersuchten DPT- Proben sind beanstandungswürdig Hochgerechnet auf die DPT-negativen Proben sind 588 Proben beanstandungswürdig Falsch-Negativ-Rate = 93,631 % =588/(588+40) = 1-40/(588+40) Dr. Steffen Uhlig 11

12 Falsch-Positiv-Rate und Falsch-Negativ-Rate Schwein, bezogen auf alle jeweils geprüften Substanzen Falsch-Positiv-Rate (FP-Rate) = Anteil der Proben unter allen DPT-positiven Proben, bei denen kein Antibiotikum nachgewiesen werden könnte oder bei denen der Gehalt unter dem MRL lag. Falsch-Negativ-Rate (FN-Rate) = Anteil der falsch-negativ befundeten Proben unter allen LC-MS-positiven Proben. Land FP-Rate FN-Rate A 62,500 % 81,074 % B 93,641 % 93,631 % C 67,121 % 71,160 % Teilweise starke (statistisch signifikante) Diskrepanzen der Falsch-Positiv- und Falsch- Negativ-Raten der einzelnen Bundesländer. Mögliche Ursachen: Unterschiede in der Anwendung des DPTs; Unterschiede in der Durchführung der Bestätigungsanalysen bei DPT-positiven Proben; Unterschiede im geprüften Substanzspektrum; Unterschiede im Umfang der Verabreichung der Substanzen. Dr. Steffen Uhlig 12

13 Falsch-Positiv-Rate und Falsch-Negativ-Rate Schwein, bezogen auf alle jeweils geprüften Substanzen Je nach Bundesland liegt die Falsch-Positiv-Rate, d.h. der Anteil der DPT-positiven Proben, bei denen keine MRL-Überschreitung vorliegt, bei 62-94%. Je nach Bundesland liegt die Falsch-Negativ-Rate, d.h. der Anteil der nicht beanstandeten Proben an den beanstandungswürdigen Proben, bei 71-94%. Im Durchschnitt wurde ca. jede 7te untersuchte Probe, die hätte beanstandet werden müssen, auch beanstandet. Die Falsch-Negativ-Rate ist aber nicht nur vom Bundesland abhängig, sondern auch von der Substanz. Manche Substanzen wurden vom DPT sehr gut detektiert, andere hingegen nur mit geringer Wahrscheinlichkeit oder gar nicht., d.h. je nach Substanz schwankte die Falsch-Negativ-Rate zwischen nahe 0 % und nahe 100 %. Dr. Steffen Uhlig 13

14 Bewertungskriterien für die AVVLmH Alle Angaben für Schwein, auf Basis von 3 Bundesländern Kriterium 1 (Kosten): Wie hoch sind die Kosten, eine beanstandungswürdige Probe zu entdecken? (Annahme: 15 pro DPT und 200 pro LC/MS Bestätigungsuntersuchung) Ca. 4,3 Mio insgesamt, bei ca. 55 Mio Schlachttieren. Ca je Beanstandung. Es müssen fast DPTs durchgeführt werden, um eine beanstandungswürdige Probe zu entdecken - je nach Bundesland. Kriterium 2 (Falsch-Negative Rate): Jedes wievielte beanstandungswürdige Probe wird tatsächlich beanstandet? Bei Substanz A liegt die FN-Rate bei ca. 0,5 (in manchem Bundesland nahe 0, in anderen nahe 1), d.h. jede zweite beanstandungswürdige Probe wird im Durchschnitt beanstandet. Bei Substanz B liegt die FN-Rate bei ca. 0,94, d.h. jede 17te (=1/(1-0,94)) beanstandungswürdige Probe wird im Durchschnitt beanstandet. Im Durchschnitt wird jede 7te beanstandungswürdige Probe beanstandet. Dr. Steffen Uhlig 14

15 Alternative: LC/MS Untersuchung Alle Angaben für Schwein, auf Basis von 3 Bundesländern Modellrechnung: Anstelle des DPT wird eine LC/MS Untersuchung vorgenommen. Kriterium 1: Wie hoch sind die Kosten, eine beanstandungswürdige Probe zu entdecken? Ca. 44 Mio insgesamt, bei ca. 55 Mio Schlachttieren. Ca (bei angenommenen 200 pro LC/MS-Untersuchung) je Beanstandung. Es müssen dann ca. 200 LC/MS-Untersuchungen durchgeführt werden, damit eine beanstandungswürdige Probe entdeckt wird. Kriterium 2: Jedes wievielte beanstandungswürdige Schlachttier wird tatsächlich beanstandet? (Fast) jede beanstandungswürdige Probe würde beanstandet. Dr. Steffen Uhlig 15

16 Diskussion Unterschiede zwischen den Bundesländern Unabhängig von dem Umstand, dass die Belastungssituation je nach Bundesland verschieden ist, werden im Vergleich der Falsch-Negativ-Raten je nach Substanz deutliche Unterschiede sichtbar. Mögliche Ursachen: Unterschiedliche Handhabung des DPTs Unterschiedliche Interpretation zweifelhafter Ergebnisse Unterschiedliche Vorgehensweisen bei der Bestätigungsuntersuchung (untersuchte Substanzen, analytische Leistungsfähigkeit) Aus statistischer Sicht erscheint im Falle der Beibehaltung des DPTs geboten: Vermehrter und verpflichtender Einsatz von Instrumenten der Qualitätssicherung, z.b. Laboreignungsprüfungen Regelmäßige und systematische Erhebung der DPT-positiven und DPT-negativen Befunde möglichst auf Kreisebene (mindestens auf Landesebene), sowie Verknüpfung mit den Ergebnissen der Bestätigungsuntersuchungen. Ziel: Abweichungen erkennen und Fehler korrigieren. Dr. Steffen Uhlig 16

17 Diskussion Handlungsoptionen Aus statistischer Sicht erscheint die Verwendung des DPTs aufgrund seiner Schwächen fragwürdig, wenn die Falsch-Negativ-Rate bei beanstandungswürdigen Proben Werte über 90 % erreichen kann. Mögliche Optionen: Optimierung des DPTs Ergänzung des DPTs, z.b. durch LC/MS-Verfahren oder weitere Bakterienstämme. In welchem Umfang und welchem Kostenrahmen? Ersatz des DPTs durch ein gänzlich anderes Verfahren? Sollen Kennzahlen zur Leistungskontrolle/Qualitätssicherung eingeführt werden? Dahinter steht eine grundlegende Frage: Welchen Nutzen sieht die Gesellschaft bzw. der Gesetzgeber in der Überwachung von Antibiotikarückständen in Lebensmitteln? Würden ggf. steigende Kosten akzeptiert? Dr. Steffen Uhlig 17

18 Ich danke für Ihr Interesse Dr. Steffen Uhlig 18