Doctor of Philosophy / Department of Diagnostic Medicine/Pathobiology / Michael W. Sanderson / Shiga-toxin-producing Escherichia coli (STEC), of which enterohemorrhagic E. coli (EHEC) are a pathogenic sub-group, are foodborne pathogens of significant public health importance in the United States. STEC belong to the family Enterobacteriaceae commonly found in the large intestine of humans and other warm-blooded animals. EHEC harbors shiga toxin (stx1 and/or stx2) and eae genes which confers the ability to cause human illnesses. The U.S. Department of Agriculture Food Safety and Inspection Service declared seven STEC (O26, O45, O103, O111, O121, O145, and O157) as adulterants in ground beef and non-intact beef products to reduce/eliminate the burden of the pathogens in the beef production chain. STEC control efforts in the U.S. include the development of quantitative microbial risk assessment (QMRA) to identify mitigation strategies that are effective and economical in reducing exposure and reduce occurrence and public health risk from STEC in the beef chain. Collection of accurate and unbiased data is critical for the development of a QMRA that is valid for decision making. Determining the prevalence and concentration of the seven STEC in the different cattle types and seasons is valuable for the development a valid QMRA for STEC in beef production in the U.S. Our systematic review and meta-analysis study of the prevalence and concentration of E. coli O157 along the beef production chain indicated differences in the fecal prevalence of E. coli O157 among cattle types and seasons, revealed decreasing prevalence and concentration of E. coli O157 on cattle hides and carcass surfaces from pre-evisceration to the final chilled carcass stage, and identified study setting, detection method, hide or carcass swab area, and study design as significant sources of heterogeneity among studies reporting prevalence of E. coli O157 along the beef production chain. Bayesian estimation of the diagnostic performance of three laboratory methods (culture, conventional PCR [cPCR], and multiplex quantitative PCR [mqPCR]) used for the detection of the seven STEC in the feces of cattle is necessary to estimate true prevalence of EHEC in cattle. The analysis revealed highest sensitivity of mqPCR, followed by cPCR, and culture for the detection of E. coli O157; the cPCR and mqPCR had comparable specificity, but specificity of mqPCR method was heavily dependent on prior specification. The mqPCR method was the most sensitive for the detection O26, O45, and O103 serogroups. The cPCR method was more sensitive than the culture method for serogroups O26, and O121, but comparable for serogroups O45, O103, O111, and O145. The cPCR method showed higher specificity than mqPCR within serogroups O45, O121, and O145 but no apparent differences within serogroups O26, O103, and O111. A second order quantitative microbial risk assessment was developed to quantify the prevalence and concentration of the seven STEC on pre-evisceration beef carcasses and evaluate the impact of peri-harvest interventions. Simulation scenarios of current industry peri-harvest intervention practices showed variable effectiveness in reducing STEC contamination on pre-evisceration beef carcass, however, a scenario of increased adoption of peri-harvest interventions was more effective at reducing STEC contamination. Fecal-to-hide transfer and hide-to-carcass transfer had a large effect on prevalence and concentration of STEC on pre-evisceration carcasses.

BACKGROUND: Over the past 5 years, 634 cases of Shigatoxin E. coli (STEC) infection were reported to Tennessee Health Department 1. At our local children’s hospital, 4-5 children are hospitalized with STEC infection each year. Some of these children had no history of ingesting food items that could have placed them at risk to develop STEC infection; however, there are other ways that humans could get infected, such as exposure to contaminated water from cattle farms 2. GOALS: To determine if bodies of water in the city are contaminated with STEC. METHODS: Fifty (50) ml of water samples were collected from selected areas of Johnson City, TN. Samples were inoculated to Sorbitol McConkey Agar (SMA) plates under sterile techniques & incubated at 36C for 18 hours under aerobic conditions. RESULTS: Table 1 E. coli Strains Isolated from Water Samples Colony Types Founders Park Sinking Creek Carroll Creek Cherokee Creek Colorless (STEC) 14 (3.5) 24 (6) 32 (8) 35 (8.75) Pink (Non-STEC ) 8 (2) 3 (0.75) 7 (1.75) 4(1) DISCUSSION/ CONCLUSION: All sampled sites were positive for STEC. STEC is a normal flora of the gastrointestinal tract of cattle. Around city neighborhoods are pastures, as cattle farming is a major livelihood in Northeastern, TN. It is highly possible that water runoff from these pastures contaminates the waters around the city. Public health measures should be undertaken to inform the community that these waters are contaminated with STEC to prevent STEC infection. References: Reportable Conditions. TN Epi-news, TN Health Dept Issue 3, Volume 9, 2016 Escherichia coli O157:H7 Infections in Children Associated with Raw Milk & Raw Colostrum From Cows—California, 2006. MMWR Weekly, 57(23); 625-628, June 23, 2008.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18898号 / 医博第4009号 / 新制||医||1009(附属図書館) / 31849 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 木原 正博, 教授 中川 一路, 教授 一山 智 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Direkter Tierkontakt gehört zu den wirkungsvollsten Elementen des Besuchererlebnisses in Zoologischen Gärten. In Streichelzoos hat der Zoobesucher unkontrollierten und unmittelbaren Kontakt mit kleinen Wiederkäuern und insbesondere mit Ziegen. Diese Anlagen können ein Zoonoserisiko darstellen, da Ziegen asymptomatische Träger von verschiedenen zoonotischen Krankheitserregern sein können und in der Vergangenheit bereits Übertragungen auf den Menschen nach Kontakt mit Streicheltieren nachgewiesen wurden. Es sollte das Vorkommen ausgewählter zoonotischer Pathogene (Shigatoxin-produzierende Escherichia coli (STEC), Coxiella burnetii, Campylobacter spp., Arcobacter spp., Salmonella spp., Yersinia spp., Enterobacteriaceae mit beta-Laktamasen mit breitem Wirkungsspektrum (ESBL), Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) und Dermatophyten) bei klinisch gesunden Ziegen in Streichelzoos Zoologischer Gärten in Deutschland untersucht werden. Aus 21 Herden in 14 tiergärtnerischen Einrichtungen in Deutschland wurden 300 klinisch gesunde Ziegen im Rahmen tierärztlicher Routineuntersuchungen beprobt. Der Nachweis von STEC und Salmonella spp. wurde aus Rektaltupfern über die Anzucht auf GCG-Agar versucht. Für Escherichia coli verdächtige Kulturen wurden auf Blutagar überführt und auf ausgewählte Virulenzgene per PCR untersucht. In der Folge wurde eine Serotypisierung vorgenommen. Nach Coxiella burnetii wurde in Vaginaltupfern der 230 weiblichen Tieren der Studie mittels einer real-time PCR (qPCR) gesucht. Campylobacter spp. und Arcobacter spp. aus Rektaltupfern wurden nach Isolation über Selektivnährböden unter mirkoaerophilen Bedingungen jeweils per Multiplex-PCR und qPCR auf Artebene bestimmt. Rektaltupfer wurden nach einer Kälteanreicherung mit folgender Anzucht auf Selektivnährböden auf Yersinia spp. untersucht. Nach Anzucht über einen ESBL-Selektivagar auf Basis von Rektaltupfern wurden verdächtige Kolonien mit einem VITEK-System artbestimmt und auf mögliche Antibiotikaresistenzen untersucht. Beta-Lactamase-Gene wurden mittels PCR identifiziert. Das aus Nasentupfern stammende Untersuchungsmaterial zum MRSA-Nachweis wurde nach Anreicherung einer Kultur auf einem Selektivnährboden zugeführt. Eventuelle Kolonien wurden auf einen Blutagar transferriert und danach per MALDI-TOF massenspektrometrisch untersucht. Positive Proben wurden durch PCR-Microarray untersucht. Mit einer modifizierten Mackenzie-Brush- Methode gewonnene Hautschuppen wurden über einen Pilzagar und einen selektiven Dermatophytenagar untersucht. Demographische Korrelationen zum Auftreten von Campylobacter spp. wurden mit einem exakten Test nach Fisher evaluiert. Campylobacter spp. wurden bei 22,7 %, STEC bei 20,0 % und Arcobacter spp. bei 1,7 % der 300 getesteten Ziegen nach der Kultur aus Rektaltupfern und der folgenden PCR nachgewiesen. Die Prävalenz von Campylobacter spp. war bei juvenilen höher als bei adulten Tieren (53,0 % gegenüber 14.1 %; p<0,0001). Ein Isolat der Art Escherichia fergusonii trug phänotypisch Hinweise auf eine ESBL, die durch den Nachweis des Gens blaCTX-M-1 bestätigt wurde. Aus den Nasentupfern von 20,7 % der beprobten Ziegen konnte Staphylococcus aureus kultiviert werden, darunter auch ein mecC-positiver MRSA. Weder Salmonella spp. noch Yersinia spp. fanden sich in der Stichprobe und auch der Nachweis von Dermatophyten gelang bei einer häufigen Überwucherung durch ubiquitäre Pilze (19,3 %) nicht. Unter den 230 weiblichen Ziegen der Studie gab es bei zwei Tieren positive PCR- Signale für Coxiella burnetii, die nach ausgiebiger Nachbeprobung und epidemiologischer Prüfung als falsch-positiv gewertet werden mussten. Grundsätzlich muss vom Vorhandensein einiger Zoonoseerreger in Ziegenbeständen in Streichelzoos ausgegangen werden, da Campylobacter spp. und STEC regelmäßig in der Stichprobe auftraten. Damit sollte das Risiko der Übertragung zoonotischer Bakterien von Ziegen auf Zoobesucher beim Betrieb entsprechender Anlagen Berücksichtigung finden. Angemessene Informationen und Einrichtungen zum Waschen der Hände und zur Handdesinfektion sollten in jedem Fall zur Verfügung gestellt werden. Zum genaueren Verständnis des vermehrten Auftretens von Campylobacter spp. bei jungen Ziegen sind weitere Untersuchungen notwendig. Die Identifikation von asymptomatischen Ziegen mit einer Dermatophyteninfektion bedarf einer modifizierten Technik.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Geschichte und tiergärtnerische Bedeutung des Streichelzoos 3 2.2 Ausgewählte Zoonoseerreger bei Ziegen 4 2.2.1 Shigatoxin-bildende Escherichia coli 4 2.2.1.1 Erreger 4 2.2.1.2 Bedeutung bei der Ziege 5 2.2.1.3 Bedeutung beim Menschen 5 2.2.2 Coxiella burnetii 5 2.2.2.1 Erreger 5 2.2.2.2 Bedeutung bei der Ziege 6 2.2.2.3 Bedeutung beim Menschen 7 2.2.3 Campylobacter spp. 7 2.2.3.1 Erreger 7 2.2.3.2 Bedeutung bei der Ziege 8 2.2.3.3 Bedeutung beim Menschen 8 2.2.4 Arcobacter spp. 9 2.2.4.1 Erreger 9 2.2.4.2 Bedeutung bei der Ziege 9 2.2.4.3 Bedeutung beim Menschen 10 2.2.5 Salmonella spp. 10 2.2.5.1 Erreger 10 2.2.5.2 Bedeutung bei der Ziege 11 2.2.5.3 Bedeutung beim Menschen 11 2.2.6 Yersinia spp. 12 2.2.6.1 Erreger 12 2.2.6.2 Bedeutung bei der Ziege 12 2.2.6.3 Bedeutung beim Menschen 13 2.2.7 beta-Laktamasen mit breitem Wirkungsspektrum 13 2.2.7.1 Erreger 13 2.2.7.2 Bedeutung bei der Ziege 14 2.2.7.3 Bedeutung beim Menschen 14 2.2.8 Methicillin-resistente Staphylococcus aureus 15 2.2.8.1 Erreger 15 2.2.8.2 Bedeutung bei der Ziege 15 2.2.8.3 Bedeutung beim Menschen 16 2.2.9 Dermatophyten 16 2.2.9.1 Erreger 16 2.2.9.2 Bedeutung bei der Ziege 17 2.2.9.3 Bedeutung beim Menschen 17 3 Veröffentlichung 19 3.1 Stellungnahme zum Eigenanteil an den Arbeiten an der Publikation 19 3.2 Publikation 20 4 Diskussion 31 5 Zusammenfassung 35 6 Summary 37 7 Literaturverzeichnis 39 8 Danksagung