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Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift

Pilot study for the detection of extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) carrying Escherichia coli, vancomycin resistant enterococci (VRE) and methicillin resistant staphylococci (MRS) in input and output samples of German biogas plants

Pilotstudie zur Detektion von Extended-Spektrum Beta-Lactamase (ESBL) tragender Escherichia coli, Vancomycin resistenter Enterokokken (VRE) und Methicillin resistenter Staphylokokken (MRS) in Eingangs- und Ausgangsproben deutscher Biogasanlagen

Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 129, 389-400

DOI: 10.2376/0005-9366-15077

Publiziert: 09/2016

Summary

Input and output samples of ten German biogas plants (BGPs) were investigated for the presence of extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) carrying Escherichia coli (ESBL E. coli), vancomycin resistant enterococci (VRE), and methicillin resistant staphylococci (MRS). After selective pre-enrichments from input and output material, ESBL E. coli and VRE were isolated from both, MRS only from input samples. However, cultivation independent analysis showed also the presence of mecA genes in the output samples. Isolated ESBL E. coli (n = 34) were assigned to E. coli phylogroups A and B1 and six MLST sequence types, among those two known STs, ST117 and ST641. Among eleven isolated VRE, two vanA gene carrying isolates from an output sample were most closely related to the clinically relevant species E. faecium (100%) and identified as E. faecium MLST sequence type ST80 of the clonal complex CC17. Other vanA or vanB gene carrying VRE were most closely related to the type strains of E. viikkiensis/E. pseudoavium/E. devriesei, E. mundtii or E. casseliflavum (99.9% 16S rRNA gene sequence identity). The seven mecA carrying MRS isolated from two input samples showed highest similarities to type strains of S. haemolyticus, S. cohnii, and S. lentus (99.7 to 100% 16S rRNA gene sequence similarity). Methicillin-resistant S. aureus (MRSA) were not detected. In summary, the study showed, that mesophilic BGPs fed by manure from livestock husbandry can release ESBL E. coli and VRE and/or ESBL, vancomycin and methicillin resistance genes into the environment.

ESBL
VRE
MRSA
biogas plants

Zusammenfassung

Eingangs- und Ausgangsproben von zehn deutschen Biogasanlagen (BGA) wurden auf das Vorhandensein von Extended-Spektrum Beta-Lactamase tragenden Escherichia coli (ESBL E. coli), Vancomycin resistenten Enterokokken (VRE) und Methicillin resistenten Staphylokokken hin untersucht. Nach selektiver Voranreicherung wurden ESBL E. coli und VRE aus Eingangs- und Ausgangsproben isoliert, MRS nur aus Eingangsproben. Kultivierungsunabhängige Analysen zeigten allerdings, dass mecA Gene auch in den Ausgangsproben vorhanden waren. Die isolierten ESBL E. coli wurden den E. coli Phylogruppen A und B1 zugeordnet. Sechs verschiedene E. coli MLST Sequenztypen wurden detektiert, unter diesen zwei bekannten STs, ST117 und ST641. Unter den elf isolierten VRE waren zwei vanA tragende VRE, die aus einer Ausgangsprobe isoliert wurden und höchste 16S rRNA Gensequenzidentität zur entsprechenden Sequenz des Typstamms von E. faecium zeigten und dem E. faecium MLST Sequenztyp ST80 des klonalen Komplexes CC17 zugeordnet wurden. Andere vanA und vanB tragende VRE zeigten höchste 16S rRNA Gensequenzidentität (99.9 %) zu den Typstämmen von E. viikkiensis/E. pseudoavium/E. devriesei, E. mundtii oder E. casseliflavum. Insgesamt wurden sieben mecA tragenden MRS aus zwei Eingangsproben isoliert. Sie zeigten höchste 16S rRNA-Gensequenzidentität (99.7–100 %) zu den Typstämmen von S. haemolyticus, S. cohnii und S. lentus. Methicillin resistente S. aureus (MRSA) wurden nicht detektiert. Insgesamt zeigte diese Studie, dass mesophile Biogasanlagen, die mit Gülle aus der Großtierhaltung als Substrat betrieben werden, ESBL E. coli und VRE und/oder ESBL, Vancomycin- und Methicillin-Resistenzgene in die Umwelt freisetzen können.

ESBL
VRE
MRSA
Biogasanlagen

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