Shigatoxin-bildende Escherichia coli (STEC)

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1 Institut für Lebensmittelsicherheit und -hygiene Shigatoxin-bildende Escherichia coli (STEC) Roger Stephan, Claudio Zweifel Institut für Lebensmittelsicherheit und hygiene Nationales Referenzlabor für STEC Universität Zürich Agenda Allgemeine Aspekte zu STEC - Variabilität humaner Isolate am Beispiel Serotypen - Reservoir - Übertragung - Klinik - Virulenzfaktoren Shigatoxine - Struktur - Wirkmechanismus - Intoxikation - Infektion? 1

2 Agenda Allgemeine Aspekte zu STEC - Variabilität humaner Isolate am Beispiel Serotypen - Reservoir - Übertragung - Klinik - Virulenzfaktoren Shigatoxine - Struktur - Wirkmechanismus - Intoxikation - Infektion? Darmpathogene E.coli EPEC, ETEC, EIEC, AEEC, DAEC, EDTEC, NTEC, STEC (VTEC, EHEC) E. coli (P. Wild) Adhäsion auf Caco- 2 cells 2

3 Serotypen Grosse Anzahl O:H Serotpyen LREC: O antigen Assoziiert mit Erkrankungen: USA, Canada, Japan vor allem O157:H7 (aber...!) Europa vor allem non-o157: H antigen O26:H-,H11; O91:H-; O103:H2; O111:H-; O113:H21; O118:H16; O128:H2; O145:H-,H28; O146:H21 (Eklund et al. 2001; Park et al. 2001; Welinder-Olson et al. 2002; Beutin et al. 2004; Blanco et al. 2004) -> Monitoring the top five in Europa (EFSA) (O26, O103, O111, O145, O157) Humane Fälle Schweiz 1) Jahre POSTER!! n=44 2) n=97 1) Käppeli et al, (2010). Epidemiology and Infection in press 2) Käppeli et al., Emerging Infectious Disease submitted 3

4 Klinische non-o157 STEC O-Gruppen - O26 - O103 - O111 - O145 - O121 - O26:H11/H - ; O103:H2; O121:H19; O145:H28/H - Käppeli et al., Emerging Infectious Disease submitted Reservoir Reservoir: Darm von gesunden Nutztieren 1 - Rinder - Schafe - Schweine Prävalenzdaten Schweiz (eigene Studien) O157 <1% <1% <1% Non-O157 >20% >30% >20% Referenz Al Saigh et al Zweifel et al Kaufmann et al Aber, STEC wurde auch in anderen Tieren nachgewiesen (Haustiere, Tauben... ) und auch asymptomatischen humanen Ausscheidern 2 1) Karmali et al. 2010, Vet Microbiol 140: ) Stephan et al. 1999, J. Clin. Microbiol. 4

5 Übertragung 1 (USA, 3000 infections, ) 68% kontaminierte Lebensmittel (rohes Fleisch (hamburger disease), Rohmilch) 22% Schmierinfektionen (person-person; animal-person) 8% Badewasser 2% Trinkwasser Prävalenzdaten Schweiz (eigene Studien) STEC Referenz Hackfleisch 2% Fantelli et al Milch Sf/Zg 24/23% Mühlherr et al Rohmilchkäse 6% Stephan et al Griffin et al Neue Diskussion Emerging Infectious Diseases,

6 Erkrankung Wässriger bis hämorrhagischer Durchfall Hämorrhagische Colitis (HC) In 3-16% der Fälle als Folge Hämolytischurämisches Syndrom (HUS) v.a. Kinder <5 Jahre, 5% Tod, 14% bleibende Nierenschäden MID KBE Departement Pathology, University Hospital, Zurich Virulenzfaktoren Isolate von Patienten mit schweren Symptomen zeigen häufig typisches Bild: (Thomas et al. 1993; Piérard et al. 1997; Boerlin et al. 1999) stx 2 + eae Kerr et al stx 1 + eae Virulenzfaktoren Gen Shiga toxin 1 group stx1 Shiga toxin 2 group stx2 Intimin eae OI-122* ent/espl2 Pathogenitätsinsel: LEE (enterocyte effacement) *non LEE encoded effector CAVE: STEC lost - stx negative Varianten (Bielaszewska et al. 2007) 6

7 Agenda Allgemeine Aspekte zu STEC - Serotypen bei humanen Isolaten - Reservoir - Übertragung - Klinik - Virulenzfaktoren Shigatoxine - Struktur - Wirkmechanismus - Intoxikation - Infektion? Shigatoxine (A-B Toxine) Aktiver Teil 32 kda 7.7 kda Rezeptor Spezifität: Hydroxylierung der Fettsäurenketten des Rezeptors 1) modified according to Johannes and Römer, Nature Reviews Microbiology

8 Shigatoxine Toxin Homologie * Rezeptor A B Stx1 97% 98% 1 Stx1c 97% 98% Stx1d Stx2 Stx2c 53% 53% 64% 61% ABER: Nomenklatur im Umbruch!! Stx2d act GB3 Stx2d 54% 61% Stx2e Stx2f Stx2g 53% 54% 61% 60% / Gb4 Prophagen codiert (lytische Phase!) * zu Shigatoxin von Shigella dysenteriae 1 Globotriaosylceramid Trafficking der Shigatoxine Internalisation durch Endozytose (nicht Porenbildung) Golgi - Apparat Endosome Ausschleusen in Zytosol Endosome Endoplasmatisches Reticulum Spalten der Disulphidbrücken zwischen A1 und A2 1) modified according to Johannes and Römer, Nature Reviews Microbiology

9 Wirkmechanismen A1 Einheit: - RNA N-Glykosidase Aktivität, Target: 28S rrna von eukaryotischen Zellen -> Proteinsyntheseinhibition - Cytokin Synthese - Apoptosis (Procaspase 8 -> Caspase 8) STEC ein Intoxikationserreger? 9

10 STEC ein Intoxikationserreger? Infektion versus Intoxikation Infektion Infektionsauslösung durch geringste Mengen an STEC Quantitativ kein Toxinnachweis im Produkt Bedingung im Darm ermöglichen starkes Wachstum und Toxinfreisetzung Inkubationszeit spricht für Infektion Zeitliche Abfolge Durchfall - HUS Virulenzfaktoren, die die Adhäsion betreffen, sind für die Pathogenität relevant Shigella spp. (Shigatoxin) ist Infektion Intoxikation Nur eine Gruppe publiziert über diesen Aspekt (seit 2010) Sehr hohe Toxinmengen eingesetzt, werden im LM nicht erreicht Keine Evidenz aus Ausbrüchen 10