Verslagen

Eindverslag

Samenvatting
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Infecties met ESBL-producerende bacteriën kunnen met veel soorten antibiotica niet worden behandeld. ESBL-bacteriën zijn resistent doordat ze een stukje DNA dragen (een plasmide) dat ze kunnen kopiëren en aan andere bacteriën overdragen. Doordat veel kippen ESBL-bacteriën bij zich dragen, vormen kippen een mogelijk risico voor infectie bij mensen. In ons project richtten we ons daarom op ESBL’s bij kippen.

Wij wilden in dit project weten of bacteriën in kippen ook last ondervinden van een ESBL-plasmide waardoor ze in competitie met andere bacteriën weer zouden verdwijnen als er geen antibiotica gebruikt wordt (een selectief nadeel). In laboratoriumproeven hebben we zo’n nadeel niet kunnen aantonen, maar bij analyse van die proeven met wiskundige modellen zagen we dat dat zou kunnen liggen aan het feit dat in kippendarmen de concentratie bacteriën veel lager is dan onder laboratoriumcondities. Vandaar dat we vervolgens in levende kippen zijn gaan kijken met experimenten, gekoppeld aan wiskundige modellen. De resultaten hiervan lieten zien dat ESBL’s in de meeste gevallen niet vanzelf verdwijnen (en zelfs toenemen), maar in enkele gevallen wel. We begrijpen op dit moment nog niet wat deze verschillen in resultaten bepaalt, en kunnen daarom ook nog geen voorspellingen doen hoe snel ESBL’s verdwijnen als je stopt met antibioticagebruik op een pluimveebedrijf.

 

Resultaten
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

De belangrijkst resultaten uit dit project zijn: (1) laboratoriumexperimenten hebben laten zien dat het dragen van een ESBL-plasmide geen nadelige invloed heeft op de groei van E. coli-bacteriën onder laboratoriumcondities; (2) wiskundige modellen hebben laten zien dat de vertaling van deze experimenten naar het levende dier mogelijk mank gaat vanwege een lagere bacterieconcentratie van bacteriën die kunnen conjugeren in de kippendarm;(3) dierexperimenten gecombineerd met wiskundige modellen hebben laten zien dat de concentratie ESBL’s in kippen in de meeste gevallen langzaam toeneemt, ook als er geen antibiotica worden gebruikt. Waarom in deze experimenten ESBL-concentraties in een enkel geval ook bleken af te nemen is op dit moment nog niet duidelijk.

Voortgangsverslag

Samenvatting
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Waarom verspreiden ESBL’s zich in kippen? Dit onderzoek wil een antwoord op deze vraag om de verspreiding vanuit de kip naar de mens in de toekomst te beperken.

ESBL’s kunnen bepaalde antibiotica onwerkzaam maken. De afkorting ESBL staat voor ‘Extended Spectrum Beta-Lactamase’. ESBL is een groep enzymen die door bacteriën gemaakt worden. De mogelijkheden om infecties antibiotisch te bestrijden zijn beperkt als een patiënt ESBL in de bloedbaan krijgt. Recent onderzoek wijst uit dat onder pluimvee een grote hoeveelheid bacteriën zijn die ESBL’s kunnen produceren. Bijna alle Nederlandse vleeskuikens en kipproducten zijn drager van ESBL-producerende bacteriën. In Nederland worden per jaar zo’n 300 miljoen vleeskuikens geproduceerd. De bevolking komt dus via de voedselketen vaak in contact met ESBL-producenten uit kippen. Het is nog onduidelijk waarom kippen de ESBL producerende bacteriën bij zich hebben.

Het doel van het huidige project is het verklaren van het succes van ESBL-producerende bacteriën en hun plasmiden in vleeskuikens, verkregen door een combinatie van experimenteel werk (in vitro en in vivo) en mathematische modelering. Het mathematisch model beschrijft (en verklaart) de populatiedynamica van deze bacteriën en hun plasmiden, inclusief concurrentie met niet-ESBL dragende bacteriën en plasmiden, in vleeskuikens.

 

Resultaten
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

We hebben een wiskundig model ontwikkeld dat de groei en interactie beschrijft van drie groepen bacteriën: donoren (D: bacteriën met een plasmide met daarop het ESBL-gen), recipiënten (R: bacteriën zonder plasmide, maar die ook op andere punten van de donoren verschillen), en transconjuganten (T: recipiënten die het plasmide hebben ontvangen). Dit model hebben we gebruikt om een serie experimenten te analyseren met bacterieculturen in bouillon, in afwezigheid van antibiotica. We konden daardoor parameters schatten voor de groeisnelheid van de bacterie, de maximale bacterieconcentratie, de snelheid van plasmide-overdracht en de snelheid van plasmideverlies bij celdeling, en dit voor de drie groepen bacteriën. De volgende stap was om, met behulp van het model, te onderzoeken wat dit betekent voor de aanwezigheid van het plasmide in een populatie bacteriën, zonder specifieke donor (dus alleen R en T). We hebben gekeken naar drie mogelijke mechanismes waarop het plasmide langzaam zou kunnen verdwijnen: (1) als de groeisnelheid lager wordt door het plasmide, (2) als de maximale bacterieconcentratie lager wordt door het plasmide, en (3) als bacteriën bij celdeling het plasmide niet aan beide dochtercellen doorgeven. Het blijkt dat de effecten van alle drie de mechanismes heel klein kunnen zijn, om op termijn toch het plasmide volledig te verliezen, al kan dat jaren duren. We zijn momenteel met een experiment bezig waarin we een bacteriecultuur maandenlang volgen om te zien of we het plasmideverlies inderdaad kunnen aantonen, en via welk mechanisme dat dan gebeurt. Ook gaan we komend najaar beginnen met experimenten om de gevonden resultaten te bevestigen in kippen.

 

Samenvatting van de aanvraag

Samenvatting
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Human infections with Escherichia coli, Klebsiella spp., and other Enterobacteriaceae, are increasingly problematic because of resistance to beta-lactam antibiotics (penicillins and cephalosporins). Resistance is caused by Extended Spectrum Beta-Lactamases (ESBLs). ESBL genes lie on plasmids, mobile genetic elements that permit dissemination of the genes amongst bacteria. An ESBL gene found in human E.coli in The Netherlands, CTX-M-1 associated with IncI1 plasmids, is the predominant ESBL-type in Dutch poultry. This suggests the role of resistant poultry bacteria as a reservoir for antibiotic resistance in humans. It is however poorly understood how ESBL-producing bacteria have become so successful in chickens, because cephalosporins (the selecting antibiotic) are not used for these animals. A better understanding of ESBL dynamics in chicken populations should indicate directions for control.

 

The focus of this project will be the success of the CTX-M-1/IncI1 combination in broiler flocks. In the project we wish to address two main hypotheses to explain the success of the CTX-M-1/IncI1 combination. The first is that the plasmid acts as an infectious agent between bacteria and that the rate of conjugation (transmission) of the plasmid exceeds that of death or plasmid loss. The second is that the plasmid is selected because it also contains other resistance genes encoding resistance to non beta-lactam antibiotics that are often used in the production of broilers.

 

We will use population dynamic models to study invasion and persistence of the IncI1 plasmid in E.coli bacteria. The focus on a single broiler farm limits complexity and permits a tight interaction between models and in vitro and in vivo experiments. The general workplan is (a) to make a model and identify the parameters that require new experimental data, (b) to analyse the model and make quantitative predictions for competition experiments, between bacteria with and without plasmids, and (c) to carry out the competition experiments for validation of the model. This workplan will be followed for dynamics in the absence and presence of cephalosporins and amoxicillin, and in the absence and presence of non beta-lactam antibiotics.

 

Our model consists of three levels. The first level is a single bacterial culture, or one individual chicken. Here, bacteria can mix and interact freely, which enables the use of relatively simple deterministic models and relatively straightforward parameter estimation from experimental data. Experiments and literature will provide estimates of bacterial cell division and death rates (for cells with or without plasmids), conjugation (plasmid transmission) rates, and plasmid ‘curing’ rates. The second level is a population of broiler chickens. This level should take stochastic processes into account, resulting from possibly small numbers of ESBL-infected broilers. The use of experimental data is more difficult, and model simulations will be necessary. The third level includes the broiler population dynamics, with complete restockings every six weeks. This creates a much more heterogeneous and dynamic environment, but predictions should be accurate if the first and second levels are well-fitted to data. As a final validation, a transmission experiment will be carried out towards the end of the project.

 

The project will result in a reliable model for the spread of antibiotic resistance genes carried by a plasmid. Furthermore, it should provide conditions for ESBL-producing bacteria to be maintained in populations, and more importantly, conditions under which they cannot be maintained. Finally, we should be able to formulate realistic management options for the reduction of ESBL-producing bacteria in the Dutch broiler population.

 

Naar boven
Direct naar: InhoudDirect naar: NavigatieDirect naar: Onderkant website