Link between application of disinfectants and resistance to antimicrobial compounds

Diploma thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2022

Salmonella spp. is a worldwide appearing bacterial pathogen. There are host-specific and non-host-specific serotypes occurring within more than 2600 known serotypes. Salmonella Infantis belonging to non-host-specific serovars is mainly found in broilers and broiler meat and is able to cause severe disease in humans. The zoonotic potential and the more and more frequent appearance of multiresistant Salmonella Infantis strains contemplates a significant global health issue. There are different bacterial clusters/strains in different geographical regions found, which also proved to show differences in persistence. So far, intensive cleaning and disinfection programs in poultry houses as well as slaughter houses are used to eliminate Salmonella Infantis. Recently, reports of increasing prevalence of antibiotic multiresistant isolates started the discussion on possible influences of the use of disinfectants. Therefore, the present study was performed to assess whether a possible link between the application of disinfectants and the acquirement of resistance to antimicrobial compounds in Salmonella Infantis exists. Our results show that under specific circumstances the development of resistances in certain clones of Salmonella Infantis increases. This fact is mainly lead back to the ability of bacterial cells to develop intrinsic resistance mechanisms, such as being capable of forming biofilms, the acquirement of active efflux pumps or plasmids, which foster the development of new resistance genes and therefore makes it more and more complicated to combat mutants with improved fitness and persistence. Improper cleaning and disinfection in farms and slaughterhouses, e.g. application to disinfectants in sublethal concentrations or puddle emergence due to improper drying, can implicate higher resistance in surviving clones against biocides as well as antimicrobial compounds by intrinsic cell signal ways and possible horizontal gene transfer. There are many possible conditions which foster resistance development. In the present investigation we found the following ones: a) field isolates with initially lower resistances, b) an improper dilution of disinfectants, c) too short exposure time, d) disinfectants with peroxygen compounds or cresols, and e) the presence of the pESI plasmid. To prevent a new arising global health problem through bacterial mutants with MDR, permanent surveillance programmes and further studies and investigations on Salmonella Infantis are indispensable, beside concurrent genetic analysis of persisting strains and combating these with the use of adapted technologies like bacteriophages, efflux pump inhibitors, or vaccines.

Diplomarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2022

Salmonella spp. ist ein weltweit verbreiteter bakterieller Infektionserreger. Unter den mehr als 2600 bekannten Serovaren befinden sich wirtsspezifische und nichtwirtsspezifische Serovare. Salmonella Infantis zählt zu den nicht-wirtsspezifischen Serovaren, kommt hauptsächlich im Masthuhn vor und kann beim Menschen ernsthafte Erkrankungen hervorrufen. Das zoonotische Potential und das immer häufigere Auftreten von multiresistenten Salmonella Infantis Stämmen stellen ein ernsthaftes globales Gesundheitsrisiko dar. Salmonella Infantis umfasst eine heterogene Bakteriengruppe, charakterisiert durch unterschiedliche Cluster in unterschiedlichen geographischen Regionen. Konzertante Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmen sind aktuell die einzigen gezielten Vorgehensweisen, um Salmonella Infantis aus kontaminierten Geflügelstallungen und Schlachthöfen zu eliminieren; allerdings mit unterschiedlichen Erfolgen. Ein weiteres Augenmerk wird auf das vermehrte Auftreten von Antibiotikaresistenten Salmonella Infantis Stämmen gelegt. Deshalb wurde diese Studie durchgeführt, um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Anwendung von Desinfektionsmitteln und dem Erwerb von Antibiotika-Resistenzen bei Salmonella Infantis zu untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Umständen die Resistenzentwicklung von Salmonella Infantis Stämmen zunimmt. Dieser Umstand wird hauptsächlich zurückgeführt auf die Fähigkeit der Bakterien, intrinsische Resistenzmechanismen zu entwickeln, wie zum Beispiel die Fähigkeit Biofilme auszubilden, damit verbunden der Erwerb von aktiven Efflux-Pumpen, die sowohl Antibiotika als auch Desinfektionsmittel aus der Zelle schleusen können, oder Plasmide, wodurch die Bildung neuer Resistenzgene gefördert wird. Dies macht es wiederum schwieriger neue Mutanten mit verbesserter Fitness und Tenazität zu bekämpfen. Unsachgemäße Reinigung und Desinfektion in landwirtschaftlichen Betrieben und Schlachthöfen, wie zum Beispiel die Anwendung von Desinfektionsmitteln in subletalen Konzentrationen oder Pfützenbildung aufgrund unsachgemäßer Trocknung, können höhere Resistenzen in überlebenden Klonen sowohl gegen Biozide als auch gegen antimikrobielle Wirkstoffe bewirken. Es gibt viele verschiedene Bedingungen, welche Resistenzen fördern können. In der aktuellen Studie waren diese: a) Feldstämme mit einem sensitiveren Ausgangsresistenzprofil, b) verdünnte Desinfektionsmittel (minimale Hemmkonzentration wird unterschritten), c) zu kurze Einwirkzeit, d) Desinfektionsmittel auf Basis von Peroxidverbindungen und Kresolen, und e) das Vorhandensein des pESI Plasmids. Um einem neu aufkommenden globalen Gesundheitsproblem durch multiresistente bakterielle Mutanten entgegenzuwirken, sind ständige Überwachung und weitere Studien und Untersuchungen an Salmonella Infantis unabdingbar, neben fortlaufenden Analysen des Genoms von hartnäckigen Stämmen und der Bekämpfung letzterer mithilfe angepasster Technologien wie Bakteriophagen, Efflux-Pumpen-Inhibitoren oder Impfungen.

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