Effects of carry-over of fluoroquinolones on the susceptibility of commensal Escherichia coli in the intestinal microbiota of poultry

Einfluss von Fluorchinolonen auf die Resistenzentwicklung kommensaler Escherichia coli im Darm beim Huhn

Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 127, 478-485

DOI: 10.2376/0005-9366-127-478

© Schlütersche Verlagsgesellschaft mbH & Co. KG. 2014

Publiziert: 09/2014

Summary

Due to the frequent use of antibacterials in veterinary medicine as well as in human medicine the occurrence of antibacterial resistance rises worldwide. But independent of the usage of antimicrobials the microbiota from animals as well as from humans already harbour a diversity of resistance genes. As a consequence of manufacturing animal production the treatment of livestock in case of illness is carried out via feed or drinking water. This automatically implies several risks. It has been demonstrated that an antibiotic treatment of livestock via feed or drinking water cause an accumulation of antibiotics and their metabolites in the direct environment of animals. This can lead to a carry-over or rather a resumption of the antimicrobials and their metabolites. Thus, the aim of this study was to determine the influence of carry-over of enrofloxacin as a representative of the fluoroquinolones on the development of bacterial resistance of commensal E. coli in the intestinal microbiota of poultry. Therefore four different treatment groups were provided and the minimal inhibitory concentrations (MICs) of commensal E. coli were measured: One group acted as untreated control, another one was therapeutically treated with the recommended dosage. The third and fourth group were exposed to different “carry-over dosages” for three weeks, 3% of the recommended dosage were applied to the third and 10% to the fourth group. To determine the influence of a therapeutic treatment on a prestressed microbiota, both groups were treated with the recommended dosage for five days. The present study demonstrates that every kind of exposure of the commensal microbiota of poultry with enrofloxacin leads to an amplification and selection of resistant E. coli, which persist in the commensal microbiota. A long term exposure of gut microbiota, which already harbour non-wildtype E. coli, with high levels of carry-over of fluoroquinolones may lead to a development of high-level clinically resistant E. coli in the commensal microbiota. It has to be investigated to which extent antimicrobial leftovers occur in animal production.

Zusammenfassung

Weltweit steigen die Raten der Antibiotikaresistenz aufgrund des häufigen Einsatzes von Antibiotika sowohl in der Veterinär- als auch in der Humanmedizin. Jedoch beherbergen die Mikrobiome sowohl von Tier als auch Mensch unabhängig vom Antibiotikaeinsatz eine Vielfalt von Antibiotikaresistenzgenen. Aufgrund der hohen Tierzahlen in der Intensivtierhaltung hat sich, der Durchführbarkeit der Behandlungen geschuldet, der Einsatz von Antiinfektiva über Futter und Trinkwasser etabliert. Dies ist mit einigen Risiken verbunden. Mehrere Studien haben gezeigt, dass eine Verteilung der antimikrobiellen Wirkstoffe und ihrer Metaboliten in der direkten Umgebung der behandelten Tiere stattfindet, Rückstände in Trinkwasserleitungen oder Futter wurden ebenfalls nachgewiesen. Dies kann zu einer Wiederaufnahme der Wirkstoffe führen. Ziel der vorliegenden Studie war es, mithilfe von Verschleppungsszenarien den Einfluss verschleppter subtherapeutischer Konzentrationen von Fluorchinolonen am Modell von Enrofloxacin auf die Sensibilität kommensaler E. coli im Darm von Geflügel zu prüfen. Dazu wurden vier Tiergruppen in die Studie einbezogen: Eine Gruppe diente als unbehandelte Kontrolle, eine weitere wurde mit der empfohlenen Dosierung über fünf Tage behandelt. Die dritte und vierte Gruppe dienten zur Simulation von Verschleppungsszenarien und erhielten jeweils 3 bzw. 10 % der empfohlenen Dosierung über eine Dauer von drei Wochen. Um den Einfluss der therapeutischen Behandlung auf eine präexponierte Darm-Mikrobiota zu untersuchen, erhielten beide Gruppen im Anschluss an das jeweilige Verschleppungsszenario die empfohlene Dosierung über fünf Tage. Die vorliegende Studie zeigt, dass jede Form der Exposition der Darm-Mikrobiota von Geflügel mit Enrofloxacin zu einer Amplifikation und Selektion resistenter kommensaler E. coli bzw. von Nicht-Wildtypen führt. Diese persistieren in der Darm-Mikrobiota. Eine Langzeitexposition mit hohen Verschleppungskonzentrationen von Mikrobiomen, die schon E. coli beinhalten, die nicht dem Wildtyp entsprechen, kann zu einer Entwicklung von hochgradig klinisch resistenten E. coli (MHK ≥ 32 μg/ ml) führen. Es bleibt zu prüfen, in welchem Ausmaß Verschleppungen antimikrobieller Substanzen in Intensivtierhaltungen vorkommen.