Stephan, R.
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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 www.ils.uzh.ch Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Agenda • Allgemeine Aspekte zu STEC - Variabilität humaner Isolate am Beispiel Serotypen Reservoir Übertragung Klinik Virulenzfaktoren • Shigatoxine - Struktur - Wirkmechanismus - Intoxikation - Infektion? 1 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Agenda • Allgemeine Aspekte zu STEC - Variabilität humaner Isolate am Beispiel Serotypen Reservoir Übertragung Klinik Virulenzfaktoren • Shigatoxine - Struktur - Wirkmechanismus - Intoxikation - Infektion? Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Darmpathogene E.coli • EPEC, ETEC, EIEC, AEEC, DAEC, EDTEC, NTEC, STEC (VTEC, EHEC) Adhäsion auf Caco- 2 cells E. coli (P. Wild) 2 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Serotypen • Grosse Anzahl O:H Serotpyen LREC: www.luogo.usc.es/ecoli O antigen • Assoziiert mit Erkrankungen: USA, Canada, Japan vor allem O157:H7 (aber...!) H antigen Europa vor allem non-O157: 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) Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Humane Fälle Schweiz Jahre 2000-2009 1) 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 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Klinische non-O157 STEC • O-Gruppen - O26 O103 O111 O145 - O121 - O26:H11/H-; O103:H2; O121:H19; O145:H28/HKäppeli et al., Emerging Infectious Disease submitted Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Reservoir • Reservoir: Darm von gesunden Nutztieren1 - Rinder - Schafe - Schweine Prävalenzdaten Schweiz (eigene Studien) O157 Non-O157 Referenz <1% >20% Al Saigh et al. 2004 <1% >30% Zweifel et al. 2004 <1% >20% Kaufmann et al. 2006 • Aber, STEC wurde auch in anderen Tieren nachgewiesen (Haustiere, Tauben ... ) und auch asymptomatischen humanen Ausscheidern2 1) Karmali et al. 2010, Vet Microbiol 140:360-70 2) Stephan et al. 1999, J. Clin. Microbiol. 4 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Übertragung 1(USA, 3000 infections, 1982-1996) • 68% kontaminierte Lebensmittel (rohes Fleisch (hamburger disease), Rohmilch) • 22% Schmierinfektionen (person-person; animal-person) 1 Griffin • 8% Badewasser • 2% Trinkwasser Prävalenzdaten Schweiz (eigene Studien) STEC Referenz Hackfleisch 2% Fantelli et al. 2002 Milch Sf/Zg 24/23% Mühlherr et al. 2004 Rohmilchkäse 6% Stephan et al. 2008 et al. 1998 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Neue Diskussion Emerging Infectious Diseases, 2007 5 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene 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 1-100 KBE Departement Pathology, University Hospital, Zurich Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene 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. 1999 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 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Agenda • Allgemeine Aspekte zu STEC - Serotypen bei humanen Isolaten Reservoir Übertragung Klinik Virulenzfaktoren • Shigatoxine - Struktur - Wirkmechanismus - Intoxikation - Infektion? Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene 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 2010 7 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Shigatoxine Toxin° Homologie * Rezeptor A B Stx1 97% 98% Gb31 Stx1c 97% 98% Gb3 Stx1d kA kA Gb3 Stx2 53% 64% Gb3 Stx2c 53% 61% Gb3 kA kA GB3 Stx2d 54% 61% Gb3 Stx2e 53% 61% Gb3/ Gb4 Stx2f 54% 60% Gb3 Stx2g kA kA Gb3 Stx2d act ABER: Nomenklatur im Umbruch!! ° Prophagen codiert (lytische Phase!) * zu Shigatoxin von Shigella dysenteriae 1 Globotriaosylceramid Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Trafficking der Shigatoxine Internalisation durch Endozytose (nicht Porenbildung) Endosome Golgi - Apparat Ausschleusen in Zytosol Endoplasmatisches Reticulum Endosome Spalten der Disulphidbrücken zwischen A1 und A2 1) modified according to Johannes and Römer, Nature Reviews Microbiology 2010 8 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Wirkmechanismen • A1 Einheit: - RNA N-Glykosidase Aktivität, Target: 28S rRNA von eukaryotischen Zellen -> Proteinsyntheseinhibition - Cytokin Synthese - Apoptosis (Procaspase 8 -> Caspase 8) Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene STEC ein Intoxikationserreger? 9 Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene STEC ein Intoxikationserreger? Institut für Lebensmitelsicherheit und hygiene Infektion versus Intoxikation Infektion Infektionsauslösung durch geringste Mengen an STEC Quantitativ kein Toxinnachweis im Produkt Bedingung im Darm ermöglichen starkes Wachstum und Toxinfreisetzung Intoxikation Nur eine Gruppe publiziert über diesen Aspekt (seit 2010) Inkubationszeit spricht für Infektion Sehr hohe Toxinmengen eingesetzt, werden im LM nicht erreicht Zeitliche Abfolge Durchfall - HUS Keine Evidenz aus Ausbrüchen Virulenzfaktoren, die die Adhäsion betreffen, sind für die Pathogenität relevant Shigella spp. (Shigatoxin) ist Infektion 10
