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Toxinbildende E. coli-Infektionen

Shigatoxin-produzierende Escherichia coli -Bakterien (STEC, auch bekannt als verocytotoxinproduzierende E. coli (VTEC) oder enterohemorrhagic E. coli (EHEC)) sind eine Gruppe von zoonotischen Krankheitserregern (d. h. von Tieren stammend), die nach der Einnahme kontaminierter Lebensmittel oder Wasser oder nach Kontakt mit infizierten Tieren Durchfall oder schwerere Krankheiten verursachen (Vanaja et al., 2013). In Europa gehört STEC neben Campylobacteriose und Salmonellose zu den vier häufigsten Ursachen für durch Lebensmittel übertragene Krankheiten (ECDC, 2021). Häufigere Starkregenereignisse und erhöhte Temperatur in der Zukunft schaffen optimale Bedingungen für Bakterienwachstum, Überleben und Ausbreitung und erhöhen das STEC-bedingte Infektionsrisiko.

 

Quelle & Übertragung

E. coli -Bakterien sind im gesunden Darm von Menschen und Tieren (einschließlich Rindern, Schafen, Ziegen sowie Hirschen und Elchen) vorhanden. Dennoch birgt STEC Risiken einer Lebensmittelkontamination, wenn Tierkot nicht hygienisch behandelt wird. Bereits bei relativ geringen Zahlen kann STEC Krankheitssymptome verursachen (Pacheco und Sperandio, 2012).

STEC-Infektionen, wie andere Infektionen mit E. coli -Bakterien, werden häufig beim Melken oder Schlachten erworben, insbesondere beim Umgang mit Rindern oder bei Kindern in Streichelzoos. Neben Infektionen durch direkten Kontakt ist die Übertragung von Lebensmitteln häufig, da die Bakterien in rohen oder unzureichend erhitzten Lebensmitteln wie Rohmilch und Käse sowie rohem oder untergekochtem Fleisch vorhanden sein können. Auch rohes Obst und Gemüse kann mit STEC kontaminiert werden, nach Kontakt mit Rinderkot oder kontaminiertem Wasser oder Boden. Indirekt sind der Kontakt mit kontaminierten Händen, Utensilien, Küchenarbeitsflächen oder Messern sowie Kreuzkontamination in verzehrfertigen Lebensmitteln auch mögliche Infektionswege. Darüber hinaus kann der Kontakt zwischen Mensch und Mensch auch Infektionen verursachen, auch bei sehr geringer bakterieller Präsenz (WHO, 2022; CDC, 2022).

Gesundheitliche Auswirkungen

STEC-Symptome treten normalerweise zwischen 2 und 10 Tagen nach der Einnahme der Bakterien auf und verursachen meist gastrointestinale Probleme, die von leichten bis schweren blutigen Durchfall reichen, der oft mit Bauchkrämpfen, Übelkeit, Erbrechen, Fieber oder hämorrhagischen Kolitis (HC) verbunden ist. HC verursacht schwere blutige Durchfall mehrere Tage nach Beginn der ersten Symptome (Cohen und Gianella, 1992), und auch das hämolytische Uremic Syndrom (HUS) kann dann auftreten. Bei 5 bis 7 % der STEC-Infektionen leidet der Patient an HUS, was besonders für kleine Kinder, ältere Menschen oder Menschen mit geringer Immunität, die schwere Komplikationen entwickeln können, besonders riskant ist (Pacheco und Sperandio, 2012). In diesen Fällen können Blutgefäße, rote Blutkörperchen und Nieren beschädigt werden, was das Nervensystem und andere Organe wie Bauchspeicheldrüse und Herz dauerhaft schädigen kann (Pacheco und Sperandio, 2012).

Morbidität & Mortalität

In den EWR- Mitgliedstaaten (ausgenommen Schweiz und Türkiye aufgrund fehlender Daten) im Zeitraum 2007-2021:

  • 71,539 Infektionen und eine Gesamtmeldungsrate von 2,2 Fällen pro 100000 Einwohner im Jahr 2021
  • Moderate Wahrscheinlichkeit eines Krankenhausaufenthalts (30-40 % aller Fälle mit einem bekannten Krankenhausaufenthaltsstatus)
  • 186 Todesfälle wurden gemeldet, und eine Sterblichkeitsrate von etwa 0,25 %. Bei Infektionen, die zu HUS fortschreiten, steigt die Sterblichkeitsrate jedoch auf 0,6-5 %.
  • Steigender Inzidenztrend seit 2007, möglicherweise teilweise aufgrund eines erhöhten Bewusstseins und veränderter Diagnostika. Im Jahr 2020 war die Zahl der gemeldeten Fälle niedriger, wahrscheinlich aufgrund der COVID-19-Pandemie und möglicher unzureichender Berichterstattung.
  • Die meisten STEC-Fälle waren sporadisch, aber Ausbrüche traten jedes Jahr auf. Im Frühjahr 2011 verursachte ein aggressiver STEC-Stamm zwei Ausbrüche in Europa, von denen etwa 4000 Menschen in 16 Ländern betroffen waren, wobei Deutschland die höchsten Fallzahlen meldete. Der Ausbruch führte zu rund 900 HUS-Fällen und 50 Todesfällen (Foley et al., 2013; Grad et al., 2012).

(ECDC, 2016-2022; ECDC, 2023)

Verteilung auf die Bevölkerung

  • Altersgruppe mit der höchsten Krankheitsinzidenz in Europa: 0 – 4 Jahre alt (ECDC, 2016-2022)
  • Gruppen mit Risiko einer schweren Infektion (einschließlich HUS): kleine Kinder, ältere Menschen und Menschen mit geringer Immunität

 

Klimasensitivität

Klimatische Eignung

E. coli Bakterien sind perfekt an die Bedingungen im Tierdarm angepasst. Sie können bei Temperaturen zwischen 7 und 50 °C wachsen, mit der optimalen Temperatur bei 37 °C (WHO, 2022). E. coli Bakterien können auch außerhalb seines Wirts überleben, zum Beispiel in Wasser oder Boden bei Temperaturen von bis zu 4 °C für mehrere Tage bis Monate (Son und Taylor, 2021). Toxin produzierende E. coli Stämme, wie STEC, haben eine etwas geringere Überlebensfähigkeit, da die Produktion von Toxinen Energie benötigt und daher zu Fitnesskosten kommt (van Elsas et al., 2011).

Saisonalität

In Europa treten zwischen Juni und September weitere Infektionen auf (ECDC, 2016-2022).

Auswirkungen des Klimawandels

Die Zunahme extremer Wetterereignisse könnte die Bedingungen für das Bakterienwachstum optimieren, einschließlich der von (shigatoxinproduzierenden) E. coli. Starke Regenfälle verursachen mehr Abfluss aus landwirtschaftlichen Flächen, was Krankheitserreger aus Kompost und tierischen Kot und sowohl Überschwemmungen als auch erhöhte Abflüsse bringt, erhöht das Risiko von Kanalüberlauf und Kontamination von Oberflächengewässern. Darüber hinaus erhöhen niedrige Wasserstände während Dürreperioden die Erregerkonzentrationen im verbleibenden Wasser aufgrund weniger Verdünnung und geringerer Filtrationskapazität des Bodens (Lightfoot et al., 2007; Alegbeleye und Sant’Ana, 2020). E. coli -Bakterien sind in der Lage, sich gut an wärmere Klimazonen anzupassen, und insbesondere einige STEC-Stämme sind in der Umwelt sehr hartnäckig (van Elsas et al., 2011). Auch höhere Lufttemperaturen beschleunigen das Bakterienwachstum, zum Beispiel in nicht pasteurisierter Milch, wenn sie bei niedrigen Temperaturen nicht richtig gelagert werden. Da der Rohmilchverbrauch in Italien, der Slowakei, Österreich und Frankreich besonders hoch ist, wird die Zahl der E. coli -Infektionen, einschließlich solcher mit STEC, aufgrund des sich erwärmenden Klimas in diesen Ländern voraussichtlich zunehmen (Feliciano, 2021). Im Gegenteil, der prognostizierte Anstieg der Temperaturen kalter Badegewässer über 4 °C wird wahrscheinlich die E. coli- Konzentrationen verringern (Sampson et al., 2006).

 

Prävention & Behandlung

Prävention

    • Ordnungsgemäßer Umgang mit Lebensmitteln vor dem Verzehr, einschließlich (kalter) Lagerung, Wärmebehandlung und Trennung zur Vermeidung von Kreuzkontaminationen (Uçar et al., 2016)
    • Effiziente Sanitärpraxis in Küchen und Küchenutensilien (Ekici und Dümen, 2019)
    • Gute Hygiene in landwirtschaftlichen Betrieben und in Schlachthöfen zur Minimierung der Fäkalkontamination
    • Richtige Fäkalentsorgung und Verringerung des Kontakts mit Tierdung (Bauza et al., 2020)
    • Sensibilisierung für die Übertragung von Krankheiten
    • Probiotika, d. h. lebende und sichere Lactobacillus oder Bifidobacterium-Mikroorganismen (Allocati et al., 2013)

    Behandlung

      • Keine spezifische Behandlung
      • Rehydrierung und Elektrolytersatz
      • Antimikrobielle Medikamente sollten vermieden werden, um das Risiko der Entwicklung von HUS zu begrenzen
      • Dialyse (Blutersatz), organspezifische Therapie und starke Schmerzmittel bei HUS (Bitzan, 2009)

       

      Links zu weiteren Informationen

       

      Referenzen

      Alegbeleye, O. O. und Sant’Ana, A. S., 2020, durch Gülle übertragene Krankheitserreger als wichtige Quelle der Wasserkontamination_ Ein Update zur Dynamik des Überlebens/Transports von Krankheitserregern sowie praktische Risikominderungsstrategien, International Journal of Hygiene and Environmental Health 227, 113524. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2020.113524

      Allocati, N. et al., 2013, Escherichia coli in Europe: Ein Überblick, International Journal of Environmental Research and Public Health 10 (12), 6235-6254. https://doi.org/10.3390/ijerph10126235

      Bauza, V. et al., 2020, Kinderkot-Management-Praktiken und fäkale Kontamination: Eine Querschnittsstudie im ländlichen Odisha, Indien, Science of the Total Environnent 709, 136–169. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136169.

      Bitzan, M., 2009, Behandlungsoptionen für HUS sekundär zu Escherichia coli O157:H7, Kidney International 75, S62–S66. https://doi.org/10.1038/ki.2008.624

      CDC, 2022, E. coli Homepage, Centers for Disease Control and Prevention. Abrufbar unter https://www.cdc.gov/ecoli/general/index.html. Zuletzt abgerufen im August 2022.

      Cohen, M. B. und Gianella, R. A., 1992, Hämorrhagische Kolitis im Zusammenhang mit Escherichia coli O157:H7, Advances in Internal Medicine 37, 173–195. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1557995/

      ECDC, 2016-2022, Jährliche epidemiologische Berichte für 2014-2020 – Shigatoxin/verocytotoxinproduzierende Escherichia coli (STEC/VTEC) Infektion. Abrufbar unter https://www.ecdc.europa.eu/en/escherichia-coli-ecoli/surveillance-and-disease-data. Zuletzt abgerufen im August 2023.

      ECDC, 2023, Surveillance Atlas of Infectious Diseases. Abrufbar unter https://atlas.ecdc.europa.eu/public/index.aspx. Zuletzt abgerufen im August 2023.

      EFSA und ECDC, 2022, The European Union One Health 2021 Zoonoses Report, EFSA Journal 20(12), 7666. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2022.7666

      Ekici, G. und Dümen, E., 2019, Escherichia coli und Lebensmittelsicherheit, in: Starčič Erjavec, M. (Hrsg.), Das Universum von Escherichia coli, IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.82375

      Feliciano, R., 2021, Probabilistische Modellierung der Escherichia coli Konzentration in Rohmilch unter heißen Wetterbedingungen, Food Research International 149, 110679. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110679

      Foley, C. et al., 2013, Ausbruch von Escherichia coli O104:H4-Infektionen im Zusammenhang mit Sprout-Konsum – Europa und Nordamerika, Mai-Juli 2011, Wochenbericht über Morbidität und Mortalität 62(50), 1029–1031. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24352067/

      Grad, Y. H. et al., 2012, Genomische Epidemiologie der Escherichia coli O104:H4-Ausbrüche in Europa, 2011, Proceedings of the National Academy of Sciences 109(8), 3065–3070. https://doi.org/10.1073/pnas.1121491109

      Lightfoot, D. A. et al., 2007, Verbesserte Trockenheitstoleranz von transgenen Zea-Mays-Pflanzen, die das Glutamatdehydrogenase-Gen (GDHA) von E. coli exprimieren. Euphytica 156(1–2), 103–116. https://doi.org/10.1007/s10681-007-9357-y

      Pacheco, A. R. und Sperandio, V., 2012, Shiga-Toxin in enterohemorrhagischem E.coli: Regulierung und neuartige Antivirulenzstrategien, Grenzen in der Zell- und Infektionsmikrobiologie 2 (81). https://doi.org/10.3389/fcimb.2012.00081

      Sampson, R. W. et al., 2006, Auswirkungen von Temperatur und Sand auf das Überleben von E. Spulen in einem nördlichen Seewasser-Mikrokosmos, Journal of Water and Health 4(3), 389–393. https://doi.org/10.2166/wh.2006.524

      Son, M. S. und Taylor, R. K., 2021, Wachstum und Wartung von Escherichia coli Laboratory Strains, Aktuelle Protokolle 1(1), e20. https://doi.org/10.1002/cpz1.20.

      Uçar, A. et al., 2016, Lebensmittelsicherheit – Probleme und Lösungen. In: Makun, H.A. (Hrsg.), Bedeutung, Prävention und Kontrolle von lebensmittelbezogenen Krankheiten. https://doi.org/10.5772/60612

      van Elsas, J. D. et al., 2011, Überleben von Escherichia coli in the environment: Grundlegende Aspekte der öffentlichen Gesundheit, Das ISME-Journal 5(2), 173–183. https://doi.org/10.1038/ismej.2010.80

      Vanaja, S. K. et al., 2013, Enterohemorrhagic und andere Shigatoxin-produzierende Escherichia coli. In: Donnenberg, M. S. (Hrsg.), Escherichia coli (2. Auflage), Academic Press, S. 121-182. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-397048-0.00005-X

      WHO, 2022, Weltgesundheitsorganisation, https://www.who.int/. Zuletzt abgerufen im August 2022.