Untersuchung zur Verbreitung, Klonalität und antimikrobiellen Resistenz von bakteriellen Infektionserregern aus Harnwegsinfektionen bei Hunden und Katzen in Mitteldeutschland
Seiten
2025
VVB Laufersweiler Verlag
978-3-8359-7246-9 (ISBN)
VVB Laufersweiler Verlag
978-3-8359-7246-9 (ISBN)
Bakterielle Harnwegsinfektionen (HWIs) sind eine häufig diagnostizierte Erkrankung bei Kleintieren. Etwa 14 % aller Hunde und 12–19 % aller Katzen erkranken mindestens einmal in ihrem Leben daran. Gleichzeitig sind HWIs eine der häufigsten Indikationen für die Ver-schreibung von Antibiotika. Der zunehmende Einsatz solcher Medikamente führte weltweit zu einem Anstieg antimikrobiell resistenter Bakterien, was die Behandlung zuvor leicht the-rapierbarer Infektionen zunehmend erschwert. Darüber hinaus birgt die enge Beziehung zwischen Haustieren und Menschen das Risiko der direkten Übertragung resistenter Erreger sowie des indirekten Austauschs von Resistenzgenen.
Ziel dieser Arbeit war es, die Prävalenz verschiedener bakterieller HWI-Erreger bei Hund und Katze vergleichend zu bestimmen, deren phänotypische Resistenzprofile zu analysieren und diese mit den derzeit gültigen Behandlungsrichtlinien abzugleichen. Darüber hinaus wurden die isolierten E. coli mittels Ganzgenomsequenzierung und bioinformatischen Tools in silico umfassend charakterisiert. Zusätzlich wurde das Biofilmbildungspotenzial von 100 E. coli-Isolaten funktionell untersucht, wobei die Auswahl eine repräsentative Verteilung der Sequenztypen (STs) darstellte.
Zwischen November 2019 und November 2020 wurden 1862 eingesandte Proben aus dem Harntrakt von Hunden (66,2 %) und Katzen (33,8 %), die im Rahmen der Routinediagnostik am Institut bearbeitet wurden, kulturell untersucht. Sowohl beim Hund (47,6 %) als auch bei der Katze (50,2 %) wurde E. coli als häufigster Erreger identifiziert. Beim Hund dominierten zudem koagulasepositive Staphylokokken (CoPS, 14,9 %), Enterokokken (9,9 %) und Proteus spp. (9,1 %), während bei Katzen Enterokokken (16,2 %) und S. felis (7,0 %) besonders häufig vorkamen.
Ein Fragebogen, der zur Ermittlung von Begleiterkrankungen, HWI-Symptomatik und anti-mikrobiellen Vorbehandlungen erstellt wurde, konnte für 113 Hunde und 48 Katzen ausge-wertet werden. Die Daten zeigten, dass Amoxicillin/Clavulansäure (AMC) das am häufigsten eingesetzte Antibiotikum war (Hund, 63,2 %; Katze, 34,6 %). Im Vergleich dazu wurde Amoxi-cillin (AMX) ohne β-Laktamase-Inhibitor nur bei 4,4 % der Hunde und 15,4 % der Katzen ver-wendet. Trimethoprim-Sulfamethoxazol (SXT), ein weiteres First-Line-Antibiotikum, kam aus-schließlich bei 4,4 % der Hunde zum Einsatz. Auffällig war der häufige Gebrauch von Fluor-chinolonen und Cephalosporinen der 3.-Generation – beides von der WHO als Highest Priori-ty Critically Important Antimicrobial (HPCIA) für die Humanmedizin eingestuft – insbesonde-re bei Katzen. Diese wurden in 46,1 % der Fälle eingesetzt, wobei Marbofloxacin (MAR, 23,1 %), Cefovecin (CFV, 11,5 %), und Enrofloxacin (ENR, 7,7 %) die am häufigsten verordne-ten Wirkstoffe waren. Bei Hunden erhielten 19,9 % ein solches Antibiotikum, allerdings war der Anteil der mit CFV behandelten Tiere mit 2,2 % deutlich niedriger. Mit dem am häufigs-ten eingesetzten Fluorchinolon ENR wurden 11,8 % der Hunde vorbehandelt.
Die Analyse des Resistenzprofils von E. coli, dem häufigsten Erreger von HWIs, ergab, dass dieser vermehrte Einsatz von Second-Line Antibiotika nicht gerechtfertigt war. Lediglich 5,1 % der von Hunden und 5,7 % der von Katzen isolierten Stämme zeigten eine Resistenz gegenüber AMC. Bei SXT lag die Resistenzrate bei 11,2 % (Hund) bzw. 8,3 % (Katze). Nur bei Ampicillin (AMP), das als Surrogat für AMX in der Resistenztestung verwendet wird, wurden erhöhte Resistenzraten festgestellt: 22,6 % der von Hunden und 23,6 % der von Katzen iso-lierten E. coli-Stämme waren gegenüber dieser Substanz resistent. Bemerkenswert ist, dass trotz des häufigen Einsatzes von Second-Line Antibiotika bei den getesteten Isolaten weiter-hin eine hohe Empfindlichkeit gegenüber diesen Wirkstoffen nachgewiesen werden konnte: Die Resistenzraten lagen bei CFV bei 3,3 % (Hund) bzw. 3,2 % (Katze), bei ENR bei 7,3 % (Hund) bzw. 6,4 % (Katze) und bei Pradofloxacin (PRA) bei 7,6 % (Hund) bzw. 5,7 % (Katze).
Bei den CoPS zeigte die Analyse des Resistenzprofils beim Hund leicht höhere Werte (AMC 6,8 %, SXT 6,7 %, AMP 32,7 %, CFV 5,7 %, ENR 6,8 % und PRA 2,9 %). Auffällig war die we-sentlich höhere Resistenz dieser Bakterien bei der Katze: AMP 69,2 %, AMC und SXT jeweils 46,2 %, ENR 53,8 %, CFV 25,0 %, und PRA 23,1 %. Entsprechend hoch war der Anteil an mul-tiresistenten CoPS mit 39,4 % (Hund) bzw. 69,2 % (Katze), während eine Resistenz gegenüber Oxacillin nur bei 8,0 % (Hund) bzw. 13,5 % (Katze) festgestellt wurde. Mit Hilfe einer Multi-plex-PCR wurde in sieben Isolaten ein mecA-Gen nachgewiesen.
Es konnte außerdem gezeigt werden, dass 90,6 % aller in dieser Arbeit getesteten multiresis-tenten Staphylokokken-, Enterokokken-, Streptokokken- und Enterobacterales-Isolate weiter-hin sensibel gegenüber Nitrofurantoin waren. Dieser Wirkstoff ist in Deutschland nicht als Tierarzneimittel zugelassen, wird allerdings in internationalen Behandlungsrichtlinien als Second-Line Antibiotikum geführt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden 198 nicht redundante E. coli-Isolate von Hunden und 117 Isolate von Katzen mittels Ganzgenomsequenzierung und bioinformatischer Analyse der Se-quenzdaten analysiert. Die Clermont-Typisierung ergab, dass 77,8 % der Isolate der Phy-logruppe B2 zugeordnet werden konnten. Zwischen den beiden Tierarten wurden hierbei keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Basierend auf dem Nachweis von Virulenzge-nen wurden 55,6 % der Isolate kaninen Ursprungs und 65,0 % der Isolate felinen Ursprungs als extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) und 46,0 % (Hund) bzw. 59,8 % (Katze) als uro-pathogene E. coli (UPEC) eingestuft. Dabei gehörten 72,2 % der ExPEC- und 64,5 % der UP-EC-Isolate der Phylogruppe B2 an.
Die MLST-Analyse nach dem Achtman-Schema ergab eine Zuordnung zu 82 verschiedenen STs. Die häufigsten STs waren ST372 (17,5 %), ST73 (15,9 %), ST12 (8,6 %), ST141 (4,8 %), ST127 (4,8 %) und ST131 (3,5 %), die allesamt der Phylogruppe B2 zugeordnet werden. ST372 war deutlich mit Hunden assoziiert, dieser Sequenztyp wurde in 26,8 % der kaninen Isolate nachgewiesen und – mit zwei Ausnahmen – ausschließlich bei dieser Tierart vorkam. Bei Katzen dominierte hingegen der human-assoziierte ST73 mit 27,4 %, während er bei Hunden nur in 9,1 % der Fälle nachgewiesen wurde. Alle Isolate der human-assoziierten Sequenzty-pen ST127, ST141 und ST131 sowie 96,0 % der ST73-Isolate konnten der Gruppe der ExPEC zugeordnet werden, während dies bei ST372 nur in 61,8 % der Fälle zutraf. Die Zugehörigkeit zum Pathovar UPEC war insgesamt geringer, jedoch wurden alle 15 ST127-Isolate und 88,0 % Isolate des ST73 diesem Pathovar zugeordnet. Der vor allem mit humaner HWI assoziierte pandemische Klon ST131 wurde bei sechs Hunden und fünf Katzen nachgewiesen. Von diesen Isolaten konnten lediglich zwei der Subklade C1/H30R1, welche durch das fimH30-Allel ge-kennzeichnet ist und mit Fluorchinolonresistenz assoziiert wird, zugeordnet werden.
Multiresistente Isolate (Hund, n = 25; Katze, n = 11) wurden häufiger in nicht-B2-Phylogruppen nachgewiesen als in B2-Isolaten. Mit einem Anteil von 2,5 % an ESBL- (blaCTX-M-15, n = 3; blaCTX-M-27, n = 1), AmpC- (blaCMY-2, blaDHA, blaEC6 und blaEC11-like, jeweils n = 1) oder Carbapenemase-tragenden Isolaten (blaOXA-48, n =1) lag die Prävalenz in dieser Arbeit niedri-ger als in der Literatur angegeben. Außerdem wurde in einem ST73-Isolat eines Hundes das mobile Colistin-Resistenzgen mcr-4.6 auf einem ColE10-Plasmid nachgewiesen.
Die Untersuchungen zum Biofilmbildungsvermögen zeigten, dass vor allem ST131 eine aus-geprägte Biofilmbildungsaktivität im nährstoffarmen M63-Medium aufwies. Resistenzgene wie blaTEM oder blaCTX-M zeigten einen signifikanten Zusammenhang mit einer reduzierten Biofilmbildung. Insgesamt war die Biofilmbildung im M63-Medium signifikant stärker aus-geprägt, was die Anpassungsfähigkeit von HWI-assoziierten E. coli-STs an nährstoffarme Umgebungen, wie sie in den Harnwegen vorliegen, verdeutlicht.
Die Zunahme antimikrobieller Resistenzen stellt sowohl die Human- als auch die Veterinär-medizin vor erhebliche Herausforderungen. Durch die Implementierung und strikte Anwen-dung von Behandlungsrichtlinien soll eine weitere Zunahme, insbesondere gegenüber HPCIA, sowie die Ausbreitung bestehender Resistenzen eingedämmt werden. Angesichts der engen Beziehung zwischen Mensch und Haustier ist eine getrennte Betrachtung beider Bereiche zunehmend unzureichend. Im Sinne des One Health-Ansatzes ist daher ein integriertes Moni-toring von Resistenzprofilen sowie klonalen Linien erforderlich, die sich durch spezifische Resistenzgene oder -tragende Plasmide auszeichnen. Ein solch ganzheitlicher Ansatz ist es-senziell, um Maßnahmen zur Infektionsprävention und -kontrolle zu entwickeln, umzusetzen und deren Wirksamkeit nachhaltig zu überwachen.
Bacterial urinary tract infections (UTIs) are a frequently diagnosed condition in companion animals, affecting approximately 14 % of dogs and 12–19 % of cats at least once in their life-time. UTIs are also among the most common indications for antibiotic prescriptions in veter-inary medicine. The growing use of antimicrobial agents has contributed to the global rise of antimicrobial-resistant bacteria, making the treatment of previously manageable infections increasingly difficult. Additionally, the close interaction between companion animals and humans poses a risk for the direct transmission of resistant pathogens as well as the ex-change of resistance genes.
The aim of this study was to determine the prevalence of bacterial UTI pathogens in dogs and cats, analyze their phenotypic resistance profiles, and compare them with current treatment guidelines. Furthermore, the isolated E. coli strains were subjected to whole-genome sequencing (WGS) and analysed in silico for a comprehensive characterisation using bioinformatics tools. Additionally, the biofilm formation potential of 100 E. coli isolates was functionally investigated, ensuring a representative distribution of sequence types (STs).
Between November 2019 and November 2020, 1,862 urine samples from dogs (66.2 %) and cats (33.8 %) submitted for routine microbiological diagnostics were examined using culture-based methods. In both animal species, E. coli was identified as the most frequently isolated pathogen (dogs: 47.6 %, cats: 50.2 %). Additional prevalent pathogens in dogs included coagulase-positive staphylococci (CoPS, 14.9 %), enterococci (9.9 %), and Proteus spp. (9.1 %), while in cats, enterococci (16.2 %) and Staphylococcus felis (7.0 %) were frequently detected.
A questionnaire that was established to provide additional information on comorbidities, clinical symptoms, and prior antimicrobial treatments, was completed for 113 dogs and 48 cats. According to the data obtained, amoxicillin-clavulanic acid (AMC) was the most fre-quently prescribed antibiotic (dogs: 63.2 %, cats: 34.6 %). In contrast, amoxicillin (AMX) without a β lactamase inhibitor was only administered to 4.4 % of dogs and 15.4 % of cats. Trimethoprim-sulfamethoxazole (SXT), another first-line antibiotic, was used in only 4.4 % of dogs. Notably, fluoroquinolones and 3rd generation cephalosporins—both classified as high-est priority critically important antimicrobials (HPCIA)—were commonly prescribed, particu-larly in cats. These substances were used in 46.1 % of cases, with marbofloxacin (MAR, 23.1 %), cefovecin (CFV, 11.5 %), and enrofloxacin (ENR, 7.7 %) being the most frequently admin-istered. In dogs, 19.9 % received at least one of these antibiotics, but the use of CFV was sig-nificantly lower (2.2 %). ENR was the most commonly used fluoroquinolone in dogs, with 11.8 % of animals receiving this treatment.
The analysis of E. coli resistance profiles revealed that the frequent use of second-line anti-biotics was not justified. Resistance to AMC was detected in only 5.1 % of E. coli isolates from dogs and 5.7 % from cats. For SXT, resistance rates were 11.2 % (dogs) and 8.3 % (cats). Increased resistance was mainly observed against ampicillin (AMP), which serves as a surro-gate for AMX in susceptibility testing; 22.6 % of canine isolates and 23.6 % of feline isolates were resistant to this agent. Despite the frequent use of second-line antibiotics, susceptibility to these drugs remained high: resistance rates in E. coli isolates from dogs/cats for CFV were 3.3 %/3.2 %, for ENR 7.3 %/6.4 %, and for pradofloxacin (PRA) 7.6 %/5.7 %.
Among CoPS isolates, resistance rates in dogs were slightly higher (AMC 6.8 %, SXT 6.7 %, AMP 32.7 %, CFV 5.7 %, ENR 6.8 %, PRA 2.9 %) than those observed in E. coli. However, re-sistance in feline CoPS isolates was substantially higher: AMP 69.2 %, AMC and SXT 46.2 % each, ENR 53.8 %, CFV 25.0 %, and PRA 23.1 %. The proportion of multidrug-resistant (MDR) CoPS was 39.4 % in dogs and 69.2 % in cats, while oxacillin resistance was detected in 8.0 % of dog isolates and 13.5 % of cat isolates. Using multiplex PCR, a mecA gene was identified in seven isolates.
It was further demonstrated that 90.6 % of the MDR staphylococci, enterococci, streptococci, and Enterobacterales isolates remained susceptible to nitrofurantoin, an antimicrobial agent not approved for veterinary use in Germany but recommended as a second-line antibiotic in international guidelines.
For WGS and subsequent bioinformatic analyses of sequence data, 198 non-redundant E. coli isolates from dogs and 117 from cats were characterized. Phylotyping according to Clermont classified 77.8 % of the isolates as phylogroup B2, with no significant differences between species. Based on virulence gene detection, 55.6 % of canine isolates and 65.0 % of feline isolates were classified as extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC), while 46.0 % (dogs) and 59.8 % (cats) were categorized as uropathogenic E. coli (UPEC). Among ExPEC and UPEC iso-lates, 72.2 % and 64.5 %, respectively, belonged to phylogroup B2.
Multilocus sequence typing (MLST) using the Achtman scheme identified 82 distinct STs. The most frequently detected STs were ST372 (17.5 %), ST73 (15.9 %), ST12 (8.6 %), ST141 (4.8 %), ST127 (4.8 %), and ST131 (3.5 %), all belonging to phylogroup B2. ST372 was significantly associated with dogs, it was found in 26.8 % of canine isolates and—except for two cases—was exclusive to this species. In contrast, the human-associated ST73 was predominant in cats (27.4 %) while it was only detected in 9.1 % of dogs. All isolates of the human-associated ST127, ST141, and ST131, as well as 96.0 % of ST73 isolates, were classified as ExPEC, whereas only 61.8 % of ST372 isolates met the ExPEC criteria. The classification as UPEC was less frequent, but all fifteen ST127 isolates and 88.0 % of ST73 isolates were categorized as such. The pandemic ST131, predominantly linked to human UTI, was detected in six dogs and five cats, with only two isolates belonging to the C1/H30R1 subclade, which is associated with fluoroquinolone resistance.
MDR isolates (dogs: n = 25; cats: n = 11) were more frequently identified in non-B2 phy-logroups than in B2 isolates. The prevalence of ESBL-, AmpC-, or carbapenemase-producing isolates (2.5 %) was lower than reported in other studies. Additionally, an ST73 isolate from a dog carried the mobile colistin resistance gene mcr-4.6 on a ColE10 plasmid.
Biofilm formation assays revealed that ST131 exhibited pronounced biofilm formation in M63 minimal medium. Resistance genes such as blaTEM or blaCTX-M were significantly associ-ated with reduced biofilm formation. Overall, biofilm formation was significantly stronger in nutrient-poor M63 medium, highlighting the adaptation of UTI-associated E. coli STs to nu-trient-depleted environments like the urinary tract.
The rise of antimicrobial resistance presents a major challenge to both human and veteri-nary medicine. Strict adherence to treatment guidelines for antimicrobial use is essential to curb further resistance development, particularly against HPCIA. Given the close interaction between humans and companion animals, a One Health approach integrating resistance surveillance of key clonal lineages is crucial for developing effective infection control strate-gies. A holistic strategy is necessary to implement, assess, and sustain infection prevention and control measures effectively.
Ziel dieser Arbeit war es, die Prävalenz verschiedener bakterieller HWI-Erreger bei Hund und Katze vergleichend zu bestimmen, deren phänotypische Resistenzprofile zu analysieren und diese mit den derzeit gültigen Behandlungsrichtlinien abzugleichen. Darüber hinaus wurden die isolierten E. coli mittels Ganzgenomsequenzierung und bioinformatischen Tools in silico umfassend charakterisiert. Zusätzlich wurde das Biofilmbildungspotenzial von 100 E. coli-Isolaten funktionell untersucht, wobei die Auswahl eine repräsentative Verteilung der Sequenztypen (STs) darstellte.
Zwischen November 2019 und November 2020 wurden 1862 eingesandte Proben aus dem Harntrakt von Hunden (66,2 %) und Katzen (33,8 %), die im Rahmen der Routinediagnostik am Institut bearbeitet wurden, kulturell untersucht. Sowohl beim Hund (47,6 %) als auch bei der Katze (50,2 %) wurde E. coli als häufigster Erreger identifiziert. Beim Hund dominierten zudem koagulasepositive Staphylokokken (CoPS, 14,9 %), Enterokokken (9,9 %) und Proteus spp. (9,1 %), während bei Katzen Enterokokken (16,2 %) und S. felis (7,0 %) besonders häufig vorkamen.
Ein Fragebogen, der zur Ermittlung von Begleiterkrankungen, HWI-Symptomatik und anti-mikrobiellen Vorbehandlungen erstellt wurde, konnte für 113 Hunde und 48 Katzen ausge-wertet werden. Die Daten zeigten, dass Amoxicillin/Clavulansäure (AMC) das am häufigsten eingesetzte Antibiotikum war (Hund, 63,2 %; Katze, 34,6 %). Im Vergleich dazu wurde Amoxi-cillin (AMX) ohne β-Laktamase-Inhibitor nur bei 4,4 % der Hunde und 15,4 % der Katzen ver-wendet. Trimethoprim-Sulfamethoxazol (SXT), ein weiteres First-Line-Antibiotikum, kam aus-schließlich bei 4,4 % der Hunde zum Einsatz. Auffällig war der häufige Gebrauch von Fluor-chinolonen und Cephalosporinen der 3.-Generation – beides von der WHO als Highest Priori-ty Critically Important Antimicrobial (HPCIA) für die Humanmedizin eingestuft – insbesonde-re bei Katzen. Diese wurden in 46,1 % der Fälle eingesetzt, wobei Marbofloxacin (MAR, 23,1 %), Cefovecin (CFV, 11,5 %), und Enrofloxacin (ENR, 7,7 %) die am häufigsten verordne-ten Wirkstoffe waren. Bei Hunden erhielten 19,9 % ein solches Antibiotikum, allerdings war der Anteil der mit CFV behandelten Tiere mit 2,2 % deutlich niedriger. Mit dem am häufigs-ten eingesetzten Fluorchinolon ENR wurden 11,8 % der Hunde vorbehandelt.
Die Analyse des Resistenzprofils von E. coli, dem häufigsten Erreger von HWIs, ergab, dass dieser vermehrte Einsatz von Second-Line Antibiotika nicht gerechtfertigt war. Lediglich 5,1 % der von Hunden und 5,7 % der von Katzen isolierten Stämme zeigten eine Resistenz gegenüber AMC. Bei SXT lag die Resistenzrate bei 11,2 % (Hund) bzw. 8,3 % (Katze). Nur bei Ampicillin (AMP), das als Surrogat für AMX in der Resistenztestung verwendet wird, wurden erhöhte Resistenzraten festgestellt: 22,6 % der von Hunden und 23,6 % der von Katzen iso-lierten E. coli-Stämme waren gegenüber dieser Substanz resistent. Bemerkenswert ist, dass trotz des häufigen Einsatzes von Second-Line Antibiotika bei den getesteten Isolaten weiter-hin eine hohe Empfindlichkeit gegenüber diesen Wirkstoffen nachgewiesen werden konnte: Die Resistenzraten lagen bei CFV bei 3,3 % (Hund) bzw. 3,2 % (Katze), bei ENR bei 7,3 % (Hund) bzw. 6,4 % (Katze) und bei Pradofloxacin (PRA) bei 7,6 % (Hund) bzw. 5,7 % (Katze).
Bei den CoPS zeigte die Analyse des Resistenzprofils beim Hund leicht höhere Werte (AMC 6,8 %, SXT 6,7 %, AMP 32,7 %, CFV 5,7 %, ENR 6,8 % und PRA 2,9 %). Auffällig war die we-sentlich höhere Resistenz dieser Bakterien bei der Katze: AMP 69,2 %, AMC und SXT jeweils 46,2 %, ENR 53,8 %, CFV 25,0 %, und PRA 23,1 %. Entsprechend hoch war der Anteil an mul-tiresistenten CoPS mit 39,4 % (Hund) bzw. 69,2 % (Katze), während eine Resistenz gegenüber Oxacillin nur bei 8,0 % (Hund) bzw. 13,5 % (Katze) festgestellt wurde. Mit Hilfe einer Multi-plex-PCR wurde in sieben Isolaten ein mecA-Gen nachgewiesen.
Es konnte außerdem gezeigt werden, dass 90,6 % aller in dieser Arbeit getesteten multiresis-tenten Staphylokokken-, Enterokokken-, Streptokokken- und Enterobacterales-Isolate weiter-hin sensibel gegenüber Nitrofurantoin waren. Dieser Wirkstoff ist in Deutschland nicht als Tierarzneimittel zugelassen, wird allerdings in internationalen Behandlungsrichtlinien als Second-Line Antibiotikum geführt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden 198 nicht redundante E. coli-Isolate von Hunden und 117 Isolate von Katzen mittels Ganzgenomsequenzierung und bioinformatischer Analyse der Se-quenzdaten analysiert. Die Clermont-Typisierung ergab, dass 77,8 % der Isolate der Phy-logruppe B2 zugeordnet werden konnten. Zwischen den beiden Tierarten wurden hierbei keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Basierend auf dem Nachweis von Virulenzge-nen wurden 55,6 % der Isolate kaninen Ursprungs und 65,0 % der Isolate felinen Ursprungs als extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) und 46,0 % (Hund) bzw. 59,8 % (Katze) als uro-pathogene E. coli (UPEC) eingestuft. Dabei gehörten 72,2 % der ExPEC- und 64,5 % der UP-EC-Isolate der Phylogruppe B2 an.
Die MLST-Analyse nach dem Achtman-Schema ergab eine Zuordnung zu 82 verschiedenen STs. Die häufigsten STs waren ST372 (17,5 %), ST73 (15,9 %), ST12 (8,6 %), ST141 (4,8 %), ST127 (4,8 %) und ST131 (3,5 %), die allesamt der Phylogruppe B2 zugeordnet werden. ST372 war deutlich mit Hunden assoziiert, dieser Sequenztyp wurde in 26,8 % der kaninen Isolate nachgewiesen und – mit zwei Ausnahmen – ausschließlich bei dieser Tierart vorkam. Bei Katzen dominierte hingegen der human-assoziierte ST73 mit 27,4 %, während er bei Hunden nur in 9,1 % der Fälle nachgewiesen wurde. Alle Isolate der human-assoziierten Sequenzty-pen ST127, ST141 und ST131 sowie 96,0 % der ST73-Isolate konnten der Gruppe der ExPEC zugeordnet werden, während dies bei ST372 nur in 61,8 % der Fälle zutraf. Die Zugehörigkeit zum Pathovar UPEC war insgesamt geringer, jedoch wurden alle 15 ST127-Isolate und 88,0 % Isolate des ST73 diesem Pathovar zugeordnet. Der vor allem mit humaner HWI assoziierte pandemische Klon ST131 wurde bei sechs Hunden und fünf Katzen nachgewiesen. Von diesen Isolaten konnten lediglich zwei der Subklade C1/H30R1, welche durch das fimH30-Allel ge-kennzeichnet ist und mit Fluorchinolonresistenz assoziiert wird, zugeordnet werden.
Multiresistente Isolate (Hund, n = 25; Katze, n = 11) wurden häufiger in nicht-B2-Phylogruppen nachgewiesen als in B2-Isolaten. Mit einem Anteil von 2,5 % an ESBL- (blaCTX-M-15, n = 3; blaCTX-M-27, n = 1), AmpC- (blaCMY-2, blaDHA, blaEC6 und blaEC11-like, jeweils n = 1) oder Carbapenemase-tragenden Isolaten (blaOXA-48, n =1) lag die Prävalenz in dieser Arbeit niedri-ger als in der Literatur angegeben. Außerdem wurde in einem ST73-Isolat eines Hundes das mobile Colistin-Resistenzgen mcr-4.6 auf einem ColE10-Plasmid nachgewiesen.
Die Untersuchungen zum Biofilmbildungsvermögen zeigten, dass vor allem ST131 eine aus-geprägte Biofilmbildungsaktivität im nährstoffarmen M63-Medium aufwies. Resistenzgene wie blaTEM oder blaCTX-M zeigten einen signifikanten Zusammenhang mit einer reduzierten Biofilmbildung. Insgesamt war die Biofilmbildung im M63-Medium signifikant stärker aus-geprägt, was die Anpassungsfähigkeit von HWI-assoziierten E. coli-STs an nährstoffarme Umgebungen, wie sie in den Harnwegen vorliegen, verdeutlicht.
Die Zunahme antimikrobieller Resistenzen stellt sowohl die Human- als auch die Veterinär-medizin vor erhebliche Herausforderungen. Durch die Implementierung und strikte Anwen-dung von Behandlungsrichtlinien soll eine weitere Zunahme, insbesondere gegenüber HPCIA, sowie die Ausbreitung bestehender Resistenzen eingedämmt werden. Angesichts der engen Beziehung zwischen Mensch und Haustier ist eine getrennte Betrachtung beider Bereiche zunehmend unzureichend. Im Sinne des One Health-Ansatzes ist daher ein integriertes Moni-toring von Resistenzprofilen sowie klonalen Linien erforderlich, die sich durch spezifische Resistenzgene oder -tragende Plasmide auszeichnen. Ein solch ganzheitlicher Ansatz ist es-senziell, um Maßnahmen zur Infektionsprävention und -kontrolle zu entwickeln, umzusetzen und deren Wirksamkeit nachhaltig zu überwachen.
Bacterial urinary tract infections (UTIs) are a frequently diagnosed condition in companion animals, affecting approximately 14 % of dogs and 12–19 % of cats at least once in their life-time. UTIs are also among the most common indications for antibiotic prescriptions in veter-inary medicine. The growing use of antimicrobial agents has contributed to the global rise of antimicrobial-resistant bacteria, making the treatment of previously manageable infections increasingly difficult. Additionally, the close interaction between companion animals and humans poses a risk for the direct transmission of resistant pathogens as well as the ex-change of resistance genes.
The aim of this study was to determine the prevalence of bacterial UTI pathogens in dogs and cats, analyze their phenotypic resistance profiles, and compare them with current treatment guidelines. Furthermore, the isolated E. coli strains were subjected to whole-genome sequencing (WGS) and analysed in silico for a comprehensive characterisation using bioinformatics tools. Additionally, the biofilm formation potential of 100 E. coli isolates was functionally investigated, ensuring a representative distribution of sequence types (STs).
Between November 2019 and November 2020, 1,862 urine samples from dogs (66.2 %) and cats (33.8 %) submitted for routine microbiological diagnostics were examined using culture-based methods. In both animal species, E. coli was identified as the most frequently isolated pathogen (dogs: 47.6 %, cats: 50.2 %). Additional prevalent pathogens in dogs included coagulase-positive staphylococci (CoPS, 14.9 %), enterococci (9.9 %), and Proteus spp. (9.1 %), while in cats, enterococci (16.2 %) and Staphylococcus felis (7.0 %) were frequently detected.
A questionnaire that was established to provide additional information on comorbidities, clinical symptoms, and prior antimicrobial treatments, was completed for 113 dogs and 48 cats. According to the data obtained, amoxicillin-clavulanic acid (AMC) was the most fre-quently prescribed antibiotic (dogs: 63.2 %, cats: 34.6 %). In contrast, amoxicillin (AMX) without a β lactamase inhibitor was only administered to 4.4 % of dogs and 15.4 % of cats. Trimethoprim-sulfamethoxazole (SXT), another first-line antibiotic, was used in only 4.4 % of dogs. Notably, fluoroquinolones and 3rd generation cephalosporins—both classified as high-est priority critically important antimicrobials (HPCIA)—were commonly prescribed, particu-larly in cats. These substances were used in 46.1 % of cases, with marbofloxacin (MAR, 23.1 %), cefovecin (CFV, 11.5 %), and enrofloxacin (ENR, 7.7 %) being the most frequently admin-istered. In dogs, 19.9 % received at least one of these antibiotics, but the use of CFV was sig-nificantly lower (2.2 %). ENR was the most commonly used fluoroquinolone in dogs, with 11.8 % of animals receiving this treatment.
The analysis of E. coli resistance profiles revealed that the frequent use of second-line anti-biotics was not justified. Resistance to AMC was detected in only 5.1 % of E. coli isolates from dogs and 5.7 % from cats. For SXT, resistance rates were 11.2 % (dogs) and 8.3 % (cats). Increased resistance was mainly observed against ampicillin (AMP), which serves as a surro-gate for AMX in susceptibility testing; 22.6 % of canine isolates and 23.6 % of feline isolates were resistant to this agent. Despite the frequent use of second-line antibiotics, susceptibility to these drugs remained high: resistance rates in E. coli isolates from dogs/cats for CFV were 3.3 %/3.2 %, for ENR 7.3 %/6.4 %, and for pradofloxacin (PRA) 7.6 %/5.7 %.
Among CoPS isolates, resistance rates in dogs were slightly higher (AMC 6.8 %, SXT 6.7 %, AMP 32.7 %, CFV 5.7 %, ENR 6.8 %, PRA 2.9 %) than those observed in E. coli. However, re-sistance in feline CoPS isolates was substantially higher: AMP 69.2 %, AMC and SXT 46.2 % each, ENR 53.8 %, CFV 25.0 %, and PRA 23.1 %. The proportion of multidrug-resistant (MDR) CoPS was 39.4 % in dogs and 69.2 % in cats, while oxacillin resistance was detected in 8.0 % of dog isolates and 13.5 % of cat isolates. Using multiplex PCR, a mecA gene was identified in seven isolates.
It was further demonstrated that 90.6 % of the MDR staphylococci, enterococci, streptococci, and Enterobacterales isolates remained susceptible to nitrofurantoin, an antimicrobial agent not approved for veterinary use in Germany but recommended as a second-line antibiotic in international guidelines.
For WGS and subsequent bioinformatic analyses of sequence data, 198 non-redundant E. coli isolates from dogs and 117 from cats were characterized. Phylotyping according to Clermont classified 77.8 % of the isolates as phylogroup B2, with no significant differences between species. Based on virulence gene detection, 55.6 % of canine isolates and 65.0 % of feline isolates were classified as extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC), while 46.0 % (dogs) and 59.8 % (cats) were categorized as uropathogenic E. coli (UPEC). Among ExPEC and UPEC iso-lates, 72.2 % and 64.5 %, respectively, belonged to phylogroup B2.
Multilocus sequence typing (MLST) using the Achtman scheme identified 82 distinct STs. The most frequently detected STs were ST372 (17.5 %), ST73 (15.9 %), ST12 (8.6 %), ST141 (4.8 %), ST127 (4.8 %), and ST131 (3.5 %), all belonging to phylogroup B2. ST372 was significantly associated with dogs, it was found in 26.8 % of canine isolates and—except for two cases—was exclusive to this species. In contrast, the human-associated ST73 was predominant in cats (27.4 %) while it was only detected in 9.1 % of dogs. All isolates of the human-associated ST127, ST141, and ST131, as well as 96.0 % of ST73 isolates, were classified as ExPEC, whereas only 61.8 % of ST372 isolates met the ExPEC criteria. The classification as UPEC was less frequent, but all fifteen ST127 isolates and 88.0 % of ST73 isolates were categorized as such. The pandemic ST131, predominantly linked to human UTI, was detected in six dogs and five cats, with only two isolates belonging to the C1/H30R1 subclade, which is associated with fluoroquinolone resistance.
MDR isolates (dogs: n = 25; cats: n = 11) were more frequently identified in non-B2 phy-logroups than in B2 isolates. The prevalence of ESBL-, AmpC-, or carbapenemase-producing isolates (2.5 %) was lower than reported in other studies. Additionally, an ST73 isolate from a dog carried the mobile colistin resistance gene mcr-4.6 on a ColE10 plasmid.
Biofilm formation assays revealed that ST131 exhibited pronounced biofilm formation in M63 minimal medium. Resistance genes such as blaTEM or blaCTX-M were significantly associ-ated with reduced biofilm formation. Overall, biofilm formation was significantly stronger in nutrient-poor M63 medium, highlighting the adaptation of UTI-associated E. coli STs to nu-trient-depleted environments like the urinary tract.
The rise of antimicrobial resistance presents a major challenge to both human and veteri-nary medicine. Strict adherence to treatment guidelines for antimicrobial use is essential to curb further resistance development, particularly against HPCIA. Given the close interaction between humans and companion animals, a One Health approach integrating resistance surveillance of key clonal lineages is crucial for developing effective infection control strate-gies. A holistic strategy is necessary to implement, assess, and sustain infection prevention and control measures effectively.
| Erscheinungsdatum | 09.07.2025 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Edition Scientifique |
| Verlagsort | Gießen |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 380 g |
| Themenwelt | Veterinärmedizin ► Allgemein |
| Veterinärmedizin ► Kleintier | |
| Schlagworte | Antibiotikaverbrauch Veterinärmedizin • Antimikrobielle Resistenzen Kleintiere • Biofilmbildung uropathogene E. coli • Escherichia coli Ganzgenomsequenzierung • Harnwegsinfektionen Hund Katze • One Health Resistenzmonitoring |
| ISBN-10 | 3-8359-7246-4 / 3835972464 |
| ISBN-13 | 978-3-8359-7246-9 / 9783835972469 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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