Mehl- und Mehlprodukte in Deutschland sind nachweislich mit Shigatoxin-bildende E. coli (STEC) kontaminiert. Über mögliche Eintragswege in das Endprodukt, d. h. den Austrag auf das Getreidefeld (z. B. über Gülle oder Wildtierkot) oder das Persistieren der Keime in dieser spezifischen Umwelt, kann bislang nur spekuliert werden. Daher beschäftigt sich dieses Vorhaben mit dem Nachweis möglicher Eintragsrouten, der Persistenz und der Umweltstabilität von pathogenen und antibiotikaresistenten E. coli (ABE) in das Ökosystem des Getreidefeldes. STEC sind in kontaminierten Lebensmitteln meist nur in geringen Keimzahlen zu finden. Aufgrund der niedrigen Infektionsdosis sind diese Konzentrationen jedoch ausreichend für eine mögliche humane Infektion. Es wird davon ausgegangen, dass auch verschiedene Proben aus der Getreidefeldumgebung nur geringe Keimgehalte von STEC aufweisen, was eine Bestimmung der Eintragswege erschwert. Daher werden die geplanten Proben auch auf pathogene E. coli im Allgemeinem und auf ABE untersucht. ABE dienen auch als Stellvertreterkeime. Durch die Anwendung von Antibiotikahaltigen Selektivmedien wird die Erfolgswahrscheinlichkeit der Aufdeckung von Eintragswegen deutlich erhöht. Der molekularbiologische Nachweis von Eintrags- oder Transmissionsereignissen mittels Ganzgenomsequenzierung ist für STEC und andere E. coli identisch. Die im Rahmen des Vorhabens generierten Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für die Konkretisierung der Risikobewertung für STEC in Mehl, der Kommunikation mit dem ÖGD und den relevanten Verbänden sowie für die Umsetzung möglicher Interventionsmaßnahmen zum Schutz der Verbraucher und Verbraucherinnen.

Shigatoxin-bildende Escherichia coli (STEC) zählen zu den wichtigsten lebensmittelassoziierten Erregern und stellen ein großes Gesundheitsrisiko für den Menschen dar. STEC kolonisieren natürlicherweise (Wild-)Wiederkäuer, werden aber immer häufiger in Mehl und Mehlprodukten in Deutschland nachgewiesen. In den USA, Kanada und Frankreich kam es schon zu Ausbrüchen durch kontaminierte Mehlprodukte mit Komplikationen und Todesfällen. Die Herkunft dieser Kontaminationen ist derzeit vollkommen unbekannt. Die fäkale Kontamination von Lebensmitteln tierischer oder pflanzlicher Herkunft ist vielfach als Quelle humaner STEC-Infektionen bestätigt worden. Für Mehlprodukte vermuten wir, dass der Erreger indirekt über Rindergülle oder Umweltkontamination (Wildtierkot) bei Getreideanbau und -ernte in die Lebensmittelkette gelangt, da eine Kontamination auf Mühlenebene unwahrscheinlich erscheint. Es werden daher STEC oder antibiotikaresistente Stämme entlang der gesamten Mehlproduktionskette (Rinder, Gülle, Getreidefeld, Ernte, Lagerung, Mühle) isoliert und phylogenetisch, genomisch sowie physiologisch charakterisiert. Es werden genetische und metabolische Eigenschaften der isolierten neuartigen, Mehl-assoziierten Stämme bestimmt und mit denen von Isolaten aus Rindern, Wildtieren, Lebensmitteln und Menschen hinsichtlich Virulenz- und Resistenzgenen sowie Umweltstabilität und Marker für Persistenz verglichen.

Ziel des Vorhabens ist es einen Beitrag zur Herkunft von pathogenen Escherichia coli insbesondere Shigatoxin-bildenden und Antibiotika-resistenten E. coli (STEC) im Grundnahrungsmittel Mehl zu leisten. Dabei soll die Ökologie dieser Pathogenen im Ökosystem besser verstanden werden. Hierfür werden Experimente zum Überleben von Umweltisolaten der E. coli STEC in Boden-Mikrokosmen unter verschiedenen Bedingungen (Wasserhaltekapazität, Temperatur, Zusatz von Rindergülle oder Stallmistaufschlämmung) durchgeführt. Die Anzahl der Bakterien wird mittels spezifischer Primerpaare für das Shigatoxin-Gen in einer quantitativen PCR erfasst. Bei den Zusätzen wird mittels High-Throughput Sequenzierung das 16S rRNA Gen und das Shigatoxin-Gen sequenziert und so die Diversität der eingetragenen Shigatoxin-Gene sowie die bakterielle Diversität erfasst. Um den Infektionsweg für E. coli STEC ins Mehl aufzuklären werden Proben aus dem Getreideanbau molekularbiologisch analysiert. Während der Vegetationsperiode (Aussaat bis Ernte) werden verschiedene Proben im Getreidefeld analysiert. Auch der Randstreifen des Felds und ggf. Fäzes von Wildtieren wird beprobt. Von sämtlichen Proben wird mittels spezifischen PCR die Anzahl der Shigatoxin-Gene erfasst und die bakterielle Diversität über den zeitlichen Verlauf mittels Metabarcoding erfasst. Spezielles Augenmerk liegt auf der Familie der Enterobacteriaceae, der auch STEC zugeordnet ist. In einem weiteren Arbeitspaket wird die DNA aus den Fäzesproben für die Identifikation der Wildtiere genutzt, die möglicherweise E. coli STEC ins Getreidefeld eintragen. Während der gesamten Projektlaufzeit ist die Kommunikation mit den Projektpartnern in regelmäßigen Treffen sehr wichtig. Die erwarteten Ergebnisse und Erkenntnisse sollen auf Tagungen präsentiert werden und in Publikationen der wissenschaftlichen Öffentlichkeit dargestellt werden.