Staphylococcus aureus GTB: Implementierung einer entsprechenden Tankmilchanalytik in einem Routinelabor sowie Untersuchungen zum Zoonosepotential mittels Vollgenom-Sequenzierungen

• Forschungsstelle: BLV
• Projektnummer: 1.12.10
• Projekttitel Englisch: Routine laboratory implementation of an analytics to detect Staphylococcus aureus GTB in bulk tank milk as well as evaluation of the pathogen for its zoonotic potential by whole-genome sequencing

Schlüsselwörter (Deutsch)

S. aureus GTB, Mastitis, Rind, Rohmilch, Käse, Zoonose, Diagnostik, Testimplementierung in Routinelabor, Genomsequenzierung.

Schlüsselwörter (Englisch)

Staphylococcus aureus GTB, mastitis, cattle, raw milk, cheese, zoonosis, diagnostics, assay implementation in routine laboratory, whole-genome sequencing.

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Am 31.1.2012 läuft der 2-jährige Kooperationsvertrag mit dem Konsortium ALP, BVET, Fromarte, SMP, Suisselab und TSM aus. Das Konsortium prüft nun, ob die Projektfortfühung weiter finanziert werden kann.

Anlässlich des Treffens am 01.06.2011 wurde vereinbart, den vorliegenden Projektbeschrieb zu erarbeiten. S. aureus GTB ist ein Erreger, der beim Rind eine chronische, ansteckende Mastitis verursacht und daher in der Schweizer Milchwirtschaft zu grossen finanziellen Verlusten führt. Nach Ansicht des Konsortiums verlangt diese Situation nach zusätzlichen Massnahmen und Forschung.

So ist ein Test zum direkten Nachweis von S. aureus GTB in Ablieferungsmilch entwickelt worden. Der Test wird zurzeit in einer grossen Feldstudie evaluiert und soll auch benützt werden, um die GTB-Herdenprävalenz in der Schweiz abzuschätzen. Er soll in Zukunft zur Identifikation von betroffenen Betrieben und zur Überwachung eines Betriebes nach einer Sanierung verwendet werden, um Kontrolle über diesen Erreger zu erlangen. Dies ist nicht nur aus finanzieller Sicht von Bedeutung, sondern spielt auch eine grosse Rolle im Bereich der Lebensmittelsicherheit, insbesondere für die Herstellung von Rohmilchprodukten.

Dies ist besonders ins Rampenlicht gerückt, als einerseits in Rohmilchkäse tatsächlich S. aureus GTB gehäuft nachgewiesen worden ist und diese anderseits zum selben klonalen Kluster (CC8) gehören, wie gefürchtete humanpathogene S. aureus Stämme, die sowohl in Spitälern als auch in der Bevölkerung ein grosses Infektionensproblem darstellen (u.a. MRSA). Die Vollgenomsequenzierung eines bovinen S. aureus GTB-Stammes (M5702 HR) und die eigene bioinformatische und phylogenetische Datenauswertung haben gezeigt, dass der Stamm M5702 HR tatsächlich von einem humanpathogenen CC8 Stamm abstammt und das Genom weitestgehend mit den bekannten humanpathogenen CC8-Stämmen USA300 FPR3757 und Newman übereinstimmt. Bedingt durch die grosse Anzahl von Virulenzfaktoren, die zwischen dem Stamm M5702 HR und den beiden humanpathogenen Stämmen identisch sind, ist zudem davon auszugehen, dass der bovine Stamm immer noch ein humanpathogenes Potential aufweist und vorerst vorsichtshalber als Zoonoseerreger zu betrachten ist.

Im Rahmen dieses entstehenden/zukünftigen Projekts soll daher in der näheren Zukunft der entwickelte Test bei Suisselab Zollikofen implementiert und als Dienstleistung angeboten werden. Von Landwirten und Tierärzten wird ein solcher Test sehr begrüsst und soll bald möglichst zur Anwendung kommen. Weiter sollen fundierte molekularbiologische und bioinformatische Untersuchungen gemacht werden, um pathogenetische Faktoren zwischen humanen und bovinen Stämmen vertieft zu vergleichen sowie das Zoonosepotential von S. aureus GTB abzuklären. Dazu gehören Vollgenomsequenzierungen von bovinen S. aureus-Stämmen und deren Vergleich mit Genomen humanpathogener Stämme, die in Datenbanken öffentlich zugänglich sind.

Kurzbeschreibung (Englisch)

On January 31^st, 2012, our current cooperation agreement with the consortium ALP, BVET, Fromarte, SMP, Suisselab, and TSM will be finished. The consortium evaluates now its possibilities to further support the present research project. During the meeting on June 1^st, 2011, all the participants agreed that the present grant application is to be worked out.

S. aureus GTB is a pathogen causing contagious, chronic mastitis in cattle and is, therefore, responsible for large costs in the Swiss dairy industry. The members of the consortium are convinced that additional research and knowhow on this topic are vital.

During the past, an assay has been developed to detect S. aureus GTB in bulk tank milk (BTM). The method is now evaluated in a large field study and is thought to be used for assessing the GTB herd prevalence in Switzerland. In addition, the test is planned to be applied for detecting GTB infected herds and monitoring them after sanitation.

Besides the financial aspects as a contagious udder pathogen, S. aureus GTB may also play an important role in the context of food safety of raw milk products. Indeed, we recently demonstrated that this agent is frequently present in raw milk cheese and is able to produce various enterotoxins. Furthermore, S. aureus GTB is a member of the CC8 cluster which includes a series of strains seriously pathogenic for humans and which may be resistant to methicillin (MRSA). Whole-genome sequencing (WGS) of the own bovine strain M5702 HR together with bioinformatic and phylogenetic evaluation clearly demonstrated that the bovine strain actually descended from a human-pathogenic CC8 strain. In addition it turned out, that M5702 HR was highly similar at the sequence level to the well known USA300 FPR3757 and Newman strains. Both of them are pathogenic for humans and are representatives of CC8. Based on the large number of virulence factors identical between the M5702 HR and both human strains it is assumed that the bovine strain largely retained its pathogenic properties for humans. As a consequence, it is probably best for the present to consider the M5702 HR strain as a zoonotic pathogen.

As part of the current grant application it is planned to implement the novel BTM assay for S. aureus GTB with Suisselab so that the test will be soon available for routine purposes as it is strongly desired by farmers and veterinarians. Furthermore, expanded molecular biological and bioinformatic analyses are suggested to compare the pathogenic factors of human and bovine strains and to evaluate the zoonotic potential of S. aureus GTB. These studies will include WGS of various bovine strains and their comparison to human ones available in public databases.

 

Projektziele (Deutsch)

Wie bereits in den Vorbemerkungen aufgeführt, soll im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes aufgezeigt werden, wie die Methodik von Boss et al. (J. Dairy Sci., 2011) bei Suisselab bis Mitte 2012 implementiert werden kann. Zudem soll mittels vergleichender Vollgenomsequenzierung (WGS) von mehreren bovinen S. aureus-Stämmen untersucht werden, in wie weit S. aureus GTB für den Menschen pathogen ist und der Erreger eine Gefahr für die Lebensmittelsicherheit von Rohmilchkäse darstellen kann. Die WGS-Untersuchungen zum Stamm M5702 HR geben bereits einige Hinweise dazu, doch müssen die Untersuchungen auf weitere bovine Stämme ausgedehnt werden, um eine definitive Aussagen machen zu können.

Als Folge der zwei unterschiedlichen Zielsetzungen, werden im Folgenden verschiedene Projekte formuliert. Bedingt durch die gewünschte baldige Implementierung der Boss-Methodik bei Suisselab schlagen wir vor, dass der Schwerpunkt (65%) unserer Tätigkeiten in diesem Bereich liegen wird; darin enthalten sind auch die Untersuchungen zur Herdenprävalenz von S. aureus GTB in der Schweiz. 35% sollen für die WGS-Untersuchungen verwendet werden.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Zugehörige Dokumente

• 1.12.10 Graber DB/MJB [PDF] 137 kB

URL-Adressen (Deutsch)

1.12.10 Graber Staphylococcus aureus GTB (063-505/2/30)