Der generalisierte Einsatz von Antibiotika im medizinischen Sektor erzeugt einen hohen Selektionsdruck auf Bakterien. Daher weisen bakterielle Resistenzen gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen eine zunehmende Inzidenz auf. Gegen Antibiotika multiresistente Erreger (MRE), insbesondere Multiresistente Gram-Negative Erreger (MRGN), stellen in Krankenhäusern, aber auch in Tierkliniken ein ernstzunehmendes Problem dar. Das Therapieversagen bei der Behandlung von Infektionen mit 3MRGN oder 4MRGN gefährdet die Gesundheitsversorgung. Die Bedeutung effektiver Kontrollmaßnahmen in der Unterbrechung nosokomialer Infektionsketten rückt in den Fokus. Infektionsprophylaxe wird durch eine Umweltdekontamination in Form von Reinigung und Desinfektion durchgeführt. Zertifizierte Biozide werden routinemäßig eingesetzt. Jedoch weisen einigen Studien auf eine Toleranz von Bakterien gegenüber Desinfektionsmitteln hin. Spezifische Dekontaminationsmaßnahmen könnten daher für die Bekämpfung von MRGN notwendig sein. Ziel der Untersuchung war es zu evaluieren, ob klinische 3MRGN und 4MRGN im Vergleich zu nicht resistenten Referenzstämmen unempfindlicher gegenüber Desinfektionsmitteln reagieren und Desinfektionsprotokolle gegebenenfalls angepasst werden müssen. Dazu wurden sechzehn klinische Stämme der Gattungen Acinetobacter, Pseudomonas und Klebsiella wurden mit fünf korrespondierenden Referenzstämmen in vitro auf deren Empfindlichkeit gegenüber den gängigen Desinfektionsmitteln Natriumhypochlorit, Ethanol, Peressigsäure und Benzalkoniumchlorid untersucht. Die Effizienz wurde anhand von vier aufeinander aufbauenden Testverfahren gemäß den Richtlinien des Verbunds für angewandte Hygiene (VAH, 2015) beurteilt. Diese beinhalten die Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MHK) und die Durchführung von Suspensionstests und Keimträgerversuchen. Es wurden wirksame Konzentrations-Zeit-Relationen für jeden Teststamm und jede aktive Substanz determiniert. Die Ergebnisse der Suspensionstests über- beziehungsweise unterschreiten die Werte der MHK-Bestimmung um ein Vielfaches. P. aeruginosa tolerierte die höchsten Benzalkoniumchlorid-Konzentrationen, während Acinetobacter-Stämme am empfindlichsten reagierten. Im Vergleich zu Suspensionstests wurden in den praxisnahen Keimträgerversuchen signifikant höhere Konzentrationen an Peressigsäure und Benzalkoniumchlorid ermittelt. Die geringere Empfindlichkeit von P. aeruginosa gegenüber Benzalkoniumchlorid wurde bestätigt. Signifikante Unterschiede zwischen klinischen 3MRGN, 4MRGN und den jeweiligen Referenzstämmen in ihrer Sensitivität gegenüber Bioziden wurden - unabhängig von der angewandten Testmethodik - nicht festgestellt. Im Vergleich der Bakterienspezies wiesen Pseudomonaden eine geringere Sensibilität gegenüber Benzalkoniumchlorid auf, jedoch lagen die bakteriziden Konzentrationen in jedem Fall unterhalb der gelisteten Anwendungskonzentrationen. Der Einfluss organischer Belastung auf die Wirksamkeit von Natriumhypochlorit war signifikant. Die Expositionsdauer führte zu keiner signifikanten Absenkung der Wirkkonzentrationen. Die Annahme, dass antibiotikaresistente Bakterien zwangsläufig biozidresistent sind, konnte anhand unserer Ergebnisse nicht bestätigt werden. Spezielle Desinfektionsprotokolle sind nicht notwendig, solange eine konsequente Einhaltung der durch den Hersteller vorgeschriebenen Konzentrations-Zeit-Relationen gegeben ist. Die Höhe der Desinfektionsmittelkonzentration ist für den Desinfektionserfolg ausschlaggebend, während der Einfluss der Einwirkzeit vernachlässigbar ist. Die MHK-Bestimmung eignet sich im Gegensatz zu praxisnahen Keimträgerversuchen nicht zur Ableitung von Anwendungs-konzentrationen von Desinfektionsmitteln.:1 Einleitung 2 Literatur 2.1 Desinfektion 2.1.1 Allgemeines 2.2 Wirksamkeitsprüfung chemischer Desinfektionsmittel 2.2.1 Allgemeines 2.2.2 VAH-Richtlinie 2.2.3 Minimale Hemmkonzentration 2.2.4 Qualitativer Suspensionstest 2.2.5 Quantitativer Suspensionstest 2.2.6 Quantitativer Keimträgertest 2.3 Bakterielle Resistenzen gegenüber Antibiotika 2.3.1 Allgemeines 2.3.2 Nosokomiale Infektionen 2.3.3 Acinetobacter spp. 2.3.4 Klebsiella spp. 2.3.5 Pseudomonas aeruginosa 2.4 Bakterielle Resistenzen gegenüber Bioziden 2.4.1 Allgemeines 3 Veröffentlichungen 3.1 Veröffentlichung 1 3.2 Veröffentlichung 2 4 Diskussion 5 Zusammenfassung 6 Summary 7 Referenzen 7.1 Literaturverzeichnis 7.2 Tabellenverzeichnis 8 Danksagung

Einführung: Enterobacter (E.) cloacae subsp. cloacae sind wichtige Humanpathogene, insbesondere bei stationär untergebrachten Patienten. Sie sind in der Lage, Medizinprodukte zu kontaminieren, und es wurde über nosokomiale Krankheitsausbrüche in Verbindung mit der Kolonisation von chirurgischen Utensilien berichtet. Es ist daher wichtig, die Wirksamkeit und Effizienz von Desinfektionsmitteln gegenüber dieser Bakterienart zu bestimmen. Ziele: Die aktuelle Studie wurde durchgeführt, um nachzuweisen, ob Peressigsäure, Ethanol, Benzalkoniumchlorid und Natriumhypochlorit, welche weit verbreitet in kommerziellen Desinfektionsmitteln enthalten sind, eine ausreichende Wirksamkeit gegen multiresistente, von Patienten im Krankenhaus isolierte, E. cloacae aufweisen. Material und Methoden: Sechs multiresistente E. cloacae Isolate, die von Patienten in einem klinischen Umfeld gewonnen wurden, wurden getestet und mit dem E. cloacae Typstamm verglichen. Die Studien wurden in vitro mit Peressigsäure, Ethanol, Benzalkoniumchlorid und Natriumhypochlorit nach den Richtlinien der Desinfektionsmittel-Kommission des Verbundes für Angewandte Hygiene e.V. durchgeführt. Die Tests umfassten qualitative und quantitative Suspensionstests zur Bestimmung der bakteriziden Wirkung, den sogenannten Keimträgertest und die Bestimmung der minimalen Hemmkonzentrationen. Ergebnisse: Die Studienergebnisse zeigten, dass multiresistente E. cloacae Stämme genauso empfindlich gegenüber Desinfektionsmitteln waren wie der Typstamm. Organische Belastung interagierte stark mit Natriumhypochlorit und minderte dadurch seine Wirksamkeit, während Peressigsäure und Ethanol nicht durch organische Verunreinigung beeinflusst wurden. Die Kontaktzeit hatte nur einen geringen Einfluss auf die bakterizide Wirkung. Im Gegensatz dazu spielten bei Benzalkoniumchlorid organische Verunreinigung und die Kontaktzeit eine wichtige Rolle. Insgesamt waren die minimalen Hemmkonzentrationen und die bakterizid wirksamen Konzentrationen niedriger als die für kommerzielle Produkte gebräuchlichen Konzentrationen. In den Keimträgertests hatte das Trocknen auf einer glatten Oberfläche einen Einfluss auf das Überleben eines Stammes von E. cloacae. Die Ergebnisse zeigten auch, dass sich die Wirksamkeit der Desinfektionsmittel in den verschiedenen verwendeten Tests deutlich unterscheiden kann. Die Ergebnisse waren schwer mit anderen Studien zu vergleichen, da eine internationale Durchführungsrichtlinie für die Prüfung der Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln gegen multiresistente Bakterien fehlt. Fazit: Peressigsäure, Ethanol, Benzalkoniumchlorid und Natriumhypochlorit eignen sich zur Desinfektion von multiresistenten E. cloacae. Die Wirksamkeit von Natriumhypochlorit und Benzalkoniumchlorid wird jedoch stark durch organische Stoffe beeinflusst. Dies unterstreicht die Bedeutung geeigneter Reinigungsmaßnahmen vor der Desinfektion. Wenn dies erfolgt ist, erweisen sich die getesteten Desinfektionsmittel gegen multiresistente E. cloacae genauso effektiv wie gegen den Typstamm.:1. Introduction ............................................................ 1 2. Literature Review ....................................................... 3 2.1 Enterobacteriaceae ..................................................... 4 2.1.1 General properties ................................................... 4 2.1.2 Enterobacter cloacae complex ......................................... 4 2.2 Multidrug-resistant bacteria and disinfectant “resistance” ............. 6 2.3 Disinfectant testing ................................................... 7 2.4 Active substances investigated in this study ........................... 8 2.4.1 Peracetic acid (PAA) ................................................. 8 2.4.2 Ethanol (ETH) ........................................................ 9 2.4.3 Benzalkonium chloride (BKC) .......................................... 9 2.4.4 Sodium hypochlorite (NaOCl) .......................................... 10 3. Materials and Methods ................................................... 11 3.1 Materials .............................................................. 11 3.2 Methods ................................................................ 14 3.2.1 Culture and storage of bacteria ...................................... 14 3.2.2 Preparation of disinfectants and the neutralizing agent .............. 14 3.2.3 Minimum inhibitory concentration (MIC) ............................... 15 3.2.4 Qualitative suspension test .......................................... 15 3.2.5 Quantitative suspension test.......................................... 16 3.2.6 Surface disinfection without mechanical action (germ carrier test) ... 16 3.2.7 Statistical analysis ................................................. 17 4. Results ................................................................. 18 4.1 Minimum inhibitory concentrations ...................................... 18 4.2 Qualitative suspension tests ........................................... 18 4.3 Quantitative suspension tests .......................................... 21 4.4 Surface disinfection without mechanical action (germ carrier test) ..... 24 5. Discussion .............................................................. 28 6. Summary ................................................................. 31 7. Zusammenfassung ......................................................... 33 8. References .............................................................. 35 9. Appendix ................................................................ 49 Acknowledgments ............................................................ 50 / Introduction: Enterobacter (E.) cloacae subsp. cloacae are important human pathogens, particularly in hospitalized patients. They tend to contaminate various medical devices and nosocomial outbreaks have been reported to be associated with the colonization of surgical equipment. Therefore, it is critical to determine the efficacy and effectiveness of disinfectants against this bacterial species. Objectives: The current study was undertaken to prove whether single active ingredients (i.e. peracetic acid, ethanol, benzalkonium chloride, and sodium hypochlorite) of widely used commercial disinfectants provide proper efficacy against multidrug-resistant human isolates of E. cloacae. Material and Methods: Six multidrug-resistant E. cloacae isolates obtained from patients in a clinical setting were tested and compared to the E. cloacae type strain. The studies were performed in vitro using peracetic acid, ethanol, benzalkonium chloride and sodium hypochlorite following the guidelines specified by the Disinfectants Commission within the Association of Applied Hygiene. Tests included determination of minimum inhibitory concentrations, bactericidal values by qualitative and quantitative suspension tests, and so-called germ carrier tests. The influence of exposure time and organic load on bacteriostatic and bactericidal concentrations was evaluated for each disinfectant using the two-tailed Mann-Whitney U-test. Results: Study results showed that multidrug-resistant E. cloacae strains were equally susceptible to disinfectants as the type strain. Organic matter highly interfered with sodium hypochlorite thereby decreasing its efficacy whereas peracetic acid and ethanol were not influenced by organic soiling. Contact time had only a minor effect on bactericidal values. This was in contrast to benzalkonium chloride where organic soiling and contact time played an important role. On the whole, minimum inhibitory concentrations and bactericidal concentrations were lower than in-use concentrations of commercial products. Drying on smooth surfaces in the carrier tests had an effect on the survival of one E. cloacae strain. Results also showed that efficacious values determined by the different tests used may differ distinctly. Results were difficult to compare with other studies because an international practical standard for testing disinfectant efficacy against multidrug-resistant bacteria is missing. Conclusion: Peracetic acid, ethanol, benzalkonium chloride and sodium hypochlorite are suitable to disinfect multidrug-resistant E. cloacae but the effectiveness of sodium hypochlorite and benzalkonium chloride is strongly influenced by organic matter. This underlines the importance of proper cleaning measures before disinfection. When this is done, the tested disinfectants proved to be as efficient against multidrug-resistant E. cloacae as against the type strain.:1. Introduction ............................................................ 1 2. Literature Review ....................................................... 3 2.1 Enterobacteriaceae ..................................................... 4 2.1.1 General properties ................................................... 4 2.1.2 Enterobacter cloacae complex ......................................... 4 2.2 Multidrug-resistant bacteria and disinfectant “resistance” ............. 6 2.3 Disinfectant testing ................................................... 7 2.4 Active substances investigated in this study ........................... 8 2.4.1 Peracetic acid (PAA) ................................................. 8 2.4.2 Ethanol (ETH) ........................................................ 9 2.4.3 Benzalkonium chloride (BKC) .......................................... 9 2.4.4 Sodium hypochlorite (NaOCl) .......................................... 10 3. Materials and Methods ................................................... 11 3.1 Materials .............................................................. 11 3.2 Methods ................................................................ 14 3.2.1 Culture and storage of bacteria ...................................... 14 3.2.2 Preparation of disinfectants and the neutralizing agent .............. 14 3.2.3 Minimum inhibitory concentration (MIC) ............................... 15 3.2.4 Qualitative suspension test .......................................... 15 3.2.5 Quantitative suspension test.......................................... 16 3.2.6 Surface disinfection without mechanical action (germ carrier test) ... 16 3.2.7 Statistical analysis ................................................. 17 4. Results ................................................................. 18 4.1 Minimum inhibitory concentrations ...................................... 18 4.2 Qualitative suspension tests ........................................... 18 4.3 Quantitative suspension tests .......................................... 21 4.4 Surface disinfection without mechanical action (germ carrier test) ..... 24 5. Discussion .............................................................. 28 6. Summary ................................................................. 31 7. Zusammenfassung ......................................................... 33 8. References .............................................................. 35 9. Appendix ................................................................ 49 Acknowledgments ............................................................ 50