Mikroorganismen - Escherichia coli (E. coli)

Escherichia coli (E. coli) – Tests für die Lebensmittelsicherheit

Was ist E. Coli?

Escherichia coli bzw. E. coli-Bakterien sind gramnegative, coliforme Bakterien, die zu den häufigsten im menschlichen Verdauungssystem vorkommenden Arten gehören.¹ Sie wurden nach dem Wissenschaftler Theodor Escherich benannt, der sie 1886 als erster entdeckte. Die meisten E. coli-Bakterien sind bei einer Übertragung auf Menschen nicht pathogen. Vielmehr sind harmlose E. coli-Stämme unverzichtbar für eine normale Darmflora. Allerdings können bestimmte Arten von E. coli schwere Symptome, Infektionen und Lebensmittelvergiftungen verursachen, wenn sie durch den Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln übertragen wurden.²

Toxinbildende STEC-Bakterien

Eine dieser Arten isind die sogenannten STEC-Bakterien. Dabei handelt es sich um Shiga-Toxin produzierende E. coli-Bakterien, die einen starken Giftstoff — das sogenannte Shiga-Toxin (Stx)* — produzieren. Das Shiga-Toxin lässt sich in verschiedene Subtypen unterteilen: STEC-Bakterienstämme können Shiga-Toxin Typ 1 produzieren (Stx1, codiert durch das Gen stx1), Shiga-Toxin Typ 2 (Stx2, codiert durch das Gen stx2) oder beide. STEC-Bakterien werden anhand anderer Virulenzfaktoren, die sie produzieren, weiter klassifiziert. Beispielsweise werden STEC, die auch das Gen eae (das Protein Intimin, das an der Anheftung und Zerstörung des Phänotyps beteiligt ist) enthalten, als enterohämorrhagische E. coli (EHEC) bezeichnet. Somit bilden EHEC eine Untergruppe von STEC.

Der häufigste STEC-Serotyp, O157:H7, verursacht mehr als 75 % der weltweiten E. coli-Infektionen, da er häufiger vorkommt als andere STEC-Serotypen und eine viel niedrigere Infektionsdosis von nur 10–100 Zellen besitzt. Neben E. coli O157 waren auch andere STEC-Serogruppen in Krankheitsausbrüche verwickelt.³ Diese Serogruppen werden allgemein als Nicht-O157-STEC bezeichnet und umfassen die Serogruppen O26, O45, O103, O111, O121, O145 (von der USDA als die sechs großen Nicht-O157-STECs bezeichnet), O91, O104, und O113.

E. coli-Bakterien dieser Art können Symptome wie schwere Krämpfe, Durchfall und hämorrhagische Kolitis verursachen.¹ Schätzungsweise entwickeln 5–10 % der Patienten, bei denen eine E. coli-Infektion mit STEC diagnostiziert wird, auch eine schwere Komplikation, das sogenannte hämolytisch-urämische Syndrom, das zu akutem Nierenversagen, dauerhaften Nierenschäden und sogar zum Tod führen kann. Diese Komplikation tritt am häufigsten im Zusammenhang mit stx2 auf.^1,3

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E. coli / STEC – Infektion und Nachweis

STEC-Bakterien leben im Darm von Tieren. Bei dieser Art von E. coli findet die Übertragung auf den Menschen am häufigsten über das Rind statt. Die E.Coli-Infektion erfolgt durch die Aufnahme von Fäkalien von einem Tier mit STEC. Die Fäkalien können von kontaminierten Lebensmitteln, unsachgemäß behandelten oder nicht ausreichend gegarten Lebensmitteln, aber auch aus dem direkten Kontakt mit infizierten Menschen oder Tieren stammen. Pflanzen können ebenfalls leicht kontaminiert werden und somit eine E. coli-Infektion auslösen, wenn sie in der Nähe von Nutzvieh angebaut werden oder das zu ihrer Bewässerung verwendete Wasser mit Fäkalien verunreinigt ist.¹

STEC-Bakterien sind ist für die überwiegende Mehrheit der lebensmittelbedingten Krankheitsausbrüche und Rückrufaktionen im Zusammenhang mit Escherichia coli auf der ganzen Welt verantwortlich. Der Erreger kontaminiert die unterschiedlichsten Lebensmittel: von gewolftem Fleisch und Gemüse über nicht pasteurisierte Säfte und Milch bis hin zu gefrorenem Keksteig. In den USA führen STEC-Bakterienstämme schätzungsweise zu mehr als 250.000 Erkrankungen jährlich, wobei etwa ein Drittel davon auf O157:H7 zurückzuführen ist.

Aufgrund der leichten Infizierbarkeit und der hohen Mortalitätsrate ist STEC eines der bei Herstellern und Verbrauchern am meisten gefürchtete Lebensmittel-Pathogene. Rückrufaktionen aufgrund von E. coli-Nachweises können dem Ruf der betroffenen Marke immensen Schaden zufügen. Infolge der Krankheitsausbrüche der letzten Jahre, die für großes Aufsehen gesorgt haben, konzentrieren sich Lebensmittelhersteller in vielen verschiedenen Kategorien verstärkt auf den Nachweis pathogener E. coli-Bakterien. Der tödlichste durch E. coli-Übertragung ausgelöste Krankheitsausbruch — verursacht durch in Deutschland angebaute Sprossen, die mit dem Stamm O104:H4 kontaminiert waren — forderte 53 Todesopfer; insgesamt waren 3.842 Menschen aufgrund einer E. coli-Infektion erkrankt.⁴

E. coli-Nachweis: Herausforderung für die Lebensmittelindustrie

Da die meisten E. coli  bei Übertragung auf für den Menschen nicht pathogen sind, stellte ein zeitnaher, effizienter STEC- bzw. E. coli-Test und -Nachweis eine einzigartige Herausforderung für die Lebensmittelindustrie dar. Der Molekulare Detektion Assay 2 – E. coli O157 (einschließlich H7) kam 2016 zum schnellen Nachweis des am häufigsten für E. coli O157-Ausbrüche verantwortlichen Stamms auf den Markt. Er zeichnete sich vor allem durch seine unkomplizierte Handhabung, Empfindlichkeit und Effizienz aus. Viele Hersteller möchten auch auf Nicht-O157-STECs testen, einschließlich eae-negativer Untergruppen wie bei dem vorstehend genannten O104:H4-Ausbruch in Europa.

Molekulare Detektion Assay 2 – STEC Gene Screen (stx und eae) und Molekulare Detektion Assay 2 – STEC Gene Screen (stx). Anstatt auf einen Erreger oder Serotyp zu testen, können mit den neuen Assays schnell die Gene für stx1 und stx2 und/oder eae — das Protein Intimin, das den E. coli-Bakterien das Anheften an Darmzellen ermöglicht — nachgewiesen werden. Die Einführung dieser E. coli-Tests gibt verarbeitenden Unternehmen die Möglichkeit, den optimalen E. coli-Nachweis für ihre einzigartigen Produkte und Prozesse zu wählen.

*Das Shiga-Toxin ist auch als Verotoxin oder Verocytotoxin bekannt und STEC-Bakterienstämme werden auch als „Verocytotoxin produzierende E. coli“ (VTEC) bezeichnet.

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Quellen:

1 E. coli. Centers for Disease Control and Prevention. www.cdc.gov/ecoli/index.html

2 Bacteriological Analytical Manual Chapter 4A Diarrheagenic Escherichia coli. United States Food and Drug Administration. https://www.fda.gov/food/laboratory-methods-food/bam-diarrheagenic-escherichia-coli.

3 Bad Bug Book (Second Edition). United States Food and Drug Administration. www.fda.gov/files/food/published/Bad-Bug-Book-2nd-Edition-%28PDF%29.pdf.

4 Improving Food Safety Through a One Health Approach: Workshop Summary. Reinhard Burger. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK114499/.