Transmission of MRSA along the meat supply chain

German. Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) zählen zu den bedeutendsten antibiotikaresistenten Pathogenen, die vor allem in Krankenhäusern aber auch außerhalb von Einrichtungen des Gesundheitswesens weit verbreitet sind. Seit einigen Jahren ist eine neue Generation von MRSA auf dem Vormarsch, die vor allem Nutztierbestände als neue Nische besiedelt. Diese sogenannten Nutztier-assoziierten MRSA wurden wiederholt bei wirtschaftlich bedeutenden Nutztieren sowie daraus gewonnenem Fleisch nachgewiesen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein methodischer Ansatz verfolgt, um die Hypothese einer möglichen Übertragung von Nutztier-assoziierten MRSA entlang der Lebensmittelkette vom Tier auf dessen Fleisch zu bestätigen. Angepasst an die Unterschiede in den verfügbaren Daten wurden dafür zwei neue Konzepte erstellt. Zur Analyse der Übertragung von MRSA entlang der Schlachtkette wurde ein mathematisches Modell des Schweineschlachtprozesses entwickelt, welches dazu geeignet ist, den Verlauf der MRSA-Prävalenz entlang der Schlachtkette zu quantifizieren sowie kritische Prozessschritte für eine MRSA-Übertragung zu identifizieren. Anhand von Prävalenzdaten ist es dem Modell möglich, die durchschnittlichen MRSA-Eliminations- und Kontaminationsraten jedes einzelnen Prozessschrittes zu schätzen, die anschließend in eine Monte-Carlo-Simulation einfließen. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass es generell möglich ist, die MRSA Prävalenz im Laufe des Schlachtprozesses auf ein niedriges finales Niveau zwischen 0,15 bis 1,15% zu reduzieren. Vor allem das Brühen und Abflämmen der Schlachtkörper wurden als kritische Prozesse im Hinblick auf eine MRSA-Dekontamination identifiziert. In Deutschland werden regelmäßig MRSA-Prävalenz und Typisierungsdaten auf allen Stufen der Lebensmittelkette verschiedener Nutztiere erfasst. Um die MRSA-Daten dieser Querschnittstudie hinsichtlich einer möglichen Übertragung entlang der Kette zu analysieren, wurde ein neuer statistischer Ansatz entwickelt. Hierfür wurde eine Chi-Quadrat-Statistik mit der Berechnung des Czekanowski-Ähnlichkeitsindex kombiniert, um Unterschiede in der Verteilung stammspezifischer Eigenschaften zwischen MRSA aus dem Stall, von Karkassen nach der Schlachtung und aus Fleisch im Einzelhandel zu quantifizieren. Die Methode wurde am Beispiel der Putenfleischkette implementiert und zudem bei der Analyse der Kalbfleischkette angewendet. Die durchgehend hohen Ähnlichkeitswerte zwischen den einzelnen Proben weisen auf eine mögliche Übertragung von MRSA entlang der Lebensmittelkette hin. Die erarbeiteten Methoden sind nicht spezifisch bezüglich Prozessketten und Pathogenen. Sie bieten somit einen großen Anwendungsbereich und erweitern das Methodenspektrum zur Bewertung bakterieller Übertragungswege.

English. Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is one of the most important antibiotic-resistant pathogens in hospitals and the community. Recently, a new generation of MRSA, the so called livestock associated (LA) MRSA, has emerged occupying food producing animals as a new niche. LA-MRSA can be regularly isolated from economically important live-stock species including corresponding meats. The present thesis takes a methodological approach to confirm the hypothesis that LA-MRSA are transmitted along the pork, poultry and beef production chain from animals at farm to meat on consumers` table. Therefore two new concepts were developed, adapted to differing data sets. A mathematical model of the pig slaughter process was developed which simulates the change in MRSA carcass prevalence during slaughter with special emphasis on identifying critical process steps for MRSA transmission. Based on prevalences as sole input variables the model framework is able to estimate the average value range of both the MRSA elimination and contamination rate of each of the slaughter steps. These rates are then used to set up a Monte Carlo simulation of the slaughter process chain. The model concludes that regardless of the initial extent of MRSA contamination low outcome prevalences ranging between 0.15 and 1.15 % can be achieved among carcasses at the end of slaughter. Thus, the model demonstrates that the standard procedure of pig slaughtering in principle includes process steps with the capacity to limit MRSA cross contamination. Scalding and singeing were identified as critical process steps for a significant reduction of superficial MRSA contamination. In the course of the German national monitoring program for zoonotic agents MRSA prevalence and typing data are regularly collected covering the key steps of different food production chains. A new statistical approach has been proposed for analyzing this cross sectional set of MRSA data with regard to show potential farm to fork transmission. For this purpose, chi squared statistics was combined with the calculation of the Czekanowski similarity index to compare the distributions of strain specific characteristics between the samples from farm, carcasses after slaughter and meat at retail. The method was implemented on the turkey and veal production chains and the consistently high degrees of similarity which have been revealed between all sample pairs indicate MRSA transmission along the chain. As the proposed methods are not specific to process chains or pathogens they offer a broad field of application and extend the spectrum of methods for bacterial transmission assessment.