Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus ist ein Kommensale des

Gastrointestinaltraktes (GIT) von Mensch und Tier, der auch fakultativ pathogen sein kann.

Das Bakterium kann als Erreger der Endokarditis, Meningitis und Sepsis im animalen und

humanen Wirt identifiziert werden. Beispielsweise wurden in 20 % der humanen

Streptokokken-bedingten Endokarditis S. gallolyticus subsp. gallolyticus als auslösendes

Pathogen identifiziert. Obwohl die Infektionszahl zunimmt, sind die Transmissionswege und

das zoonotische Potential bislang weitgehend ungeklärt.

In dieser Arbeit wurde eine epidemiologische Fall-Kontrollstudie durchgeführt, mit der die

Prävalenz von S. gallolyticus subsp. gallolyticus im humanen GIT ermittelt wurde.

Molekulargenetisch konnten 75 % der getesteten Stuhlproben gesunder Probanden

(n = 96) als S. gallolyticus subsp. gallolyticus-positiv identifiziert werden. In der Studie

konnte bei Probanden unter 50 Jahren das fakultative Pathogen signifikant häufiger

detektiert werden, wenn der Wohnsitz nicht in der Stadt war (Odds Ratio 0,12; p = 0,025).

Des Weiteren gab es Hinweise, dass eine Amphixenose durch den Konsum von rohem

Fleisch begünstigt werden könnte.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden durch die Etablierung eines Selektivmediums zahlreiche

S. gallolyticus subsp. gallolyticus-Isolate aus humanem und animalem Fäzes und aus der

Umwelt gewonnen und das Stammkollektiv damit erweitert. Dessen bakterielle

Populationsstruktur konnte anhand des in dieser Arbeit komplettierten subspeziesspezifischen

Multilocus Sequence Typing Schemas analysiert werden, wodurch erstmals

Hinweise für eine potentielle Transmission zwischen Mensch und Tier aufgezeigt wurden.

Ein übereinstimmendes Allelprofil wurde sowohl in einer humanen Blutkultur eines

Landwirtes als auch im Kot von Legehennen seines Betriebes detektiert. Durch

systematische Beprobungen konnten in diesem Legehennenbetrieb tierassoziierte Isolate

aus der Umgebung (z. B. aus Staubpartikeln) und aus fäkalen Proben von Legehennen

identifiziert werden, die diverse Sequenztypen (STs) aufwiesen. Durch die Analyse der

einzelnen STs mit den jeweiligen Isolationsquellen konnten potentielle direkte und indirekte

Transmissionswege identifiziert werden. Diese Interspeziestransmission könnte sowohl

durch einen engen Kontakt zu kolonisierten Legehennen als auch durch einen fäkal-oralen

Transfer beeinflusst werden.

Weiterhin wurde eine Überlebensfähigkeit von S. gallolyticus subsp. gallolyticus außerhalb

seines natürlichen Habitats auf trockenen Oberflächen, in Stuhl, im Leitungswasser sowie

in Milch bis zu 14 Tage bei Raumtemperatur und 4 °C nachgewiesen. Es konnte gezeigt

werden, dass S. gallolyticus subsp. gallolyticus die Pasteurisierung von Milch überleben

kann, wodurch eine generelle Übertragung des fakultativen Pathogens durch Milchprodukte

möglich wäre. Die nachgewiesene Toleranz von S. gallolyticus subsp. gallolyticus

gegenüber alkalischen pH-Werten weist auf die Kolonisationsfähigkeit im GIT hin. Daraus

kann abgeleitet werden, dass die Umwelt als Reservoir des Bakteriums fungieren kann und

ein Transfer des Bakteriums über Nahrungsmittel möglich ist. Nach der Kolonisation des

GITs begünstigt unter anderem die Adhäsion an Kollagene die Initiation einer Infektion. Für

die verschiedenen Isolate konnte außerdem eine unterschiedlich stark ausgeprägte

Fähigkeit der Adhärenz an Kollagen I und IV aufgezeigt werden, was auf divergente

Virulenzeigenschaften des analysierten Kollektivs hindeutet. Folglich resultiert ein

unterschiedliches Potential der analysierten Stämme, an das Kollagen I der extrazellulären

Matrix des Endokards zu adhärieren und eine Infektion zu initiieren. Diese ermittelten

Phänotypen zeigen auf, dass die Übertragung von S. gallolyticus subsp. gallolyticus

zwischen Mensch und Tier, eine Etablierung im GIT und eine Infektion am Endokard

möglich ist.

Zusammengefasst konnte in dieser Arbeit mit Hilfe der analytischen Epidemiologie sowie

der phänotypischen Charakterisierung eine potentielle Interspeziestransmission von

S. gallolyticus subsp. gallolyticus dargestellt werden. Demnach konnten neue Erkenntnisse

gewonnen werden, die das zoonotische Potential des fakultativen Pathogens aufzeigten.

Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus is a normal inhabitant and also a facultative

pathogenic bacterium of the human and animal gastrointestinal tract (GIT). The same

infections, such as endocarditis, meningitis and septicemia, can be observed in animals

and humans. Exemplarily, S. gallolyticus subsp. gallolyticus was the causative pathogen in

20% of human streptococcal-induced endocarditis cases. Although the number of infections

detected is increasing, the transmission pathways and the zoonotic potential are still

unexplained.

In this study, an epidemiological case-control study was performed to determine the

prevalence of S. gallolyticus subsp. gallolyticus in the healthy human gut. Molecular genetic

analyses revealed 75% S. gallolyticus subsp. gallolyticus-positive fecal specimens of

heathy humans (n = 96). Within these investigations, the facultative pathogen was

significantly more detected in the younger population group (≤ 50 years old) not living in an

urban residence (odds ratio 0.12; p = 0.025). It was also shown that the consumption of

raw meat may promote amphixenosis.

Furthermore, a selective medium was established which enables the selection of several

S. gallolyticus subsp. gallolyticus isolates from human and animal feces as well as from the

environment to enlarge the strain collection. Within this work, the subspecies-specific

multilocus locus sequence typing scheme has been completed and was used to investigate

the bacterial population structure. In addition, it demonstrates for the first time a potential

transmission between animals and humans. The same allelic profile was identified in

isolates from a human blood culture of a farmer and from fecal droppings of his laying hen

flock. Systematic investigations of the multiage system of the laying hen flock revealed

more isolates with divergent sequence types (STs) in isolates from the environment of birds

(for example, in particles of dust) and from fecal droppings of laying hens. The analysis of

the STs and the related origin of the isolates demonstrated potential direct and indirect

transmission routes. The interspecies transmission might be increased through a close

contact to colonized laying hens as well as a fecal oral transfer.

Additionally, the survival of S. gallolyticus subsp. gallolyticus outside its natural habitat was

demonstrated on dry surfaces, in human feces, in tap water and in milk up to 14 days at

room temperature or at 4°C. Furthermore, S. gallolyticus subsp. gallolyticus survived the

pasteurization of milk, which may imply a potential transmission by milk products. The

tolerance of the bacterium to survive alkaline milieu detected suggests a possible

colonization of the human digestive tract. Therefore, the environment may function as a

reservoir of S. gallolyticus subsp. gallolyticus and the transfer of the bacterium may be

possible by nutrition. After colonization of the GIT, the adhesion to collagen may influence

the initiation of an infection. Different abilities to adhere to collagen I and IV indicate

divergent virulence capabilities within the strain collection analyzed. Consequently, the

strains possess different potential to adhere to collagen I of the extracellular matrix of the

endocardium to initiate an infection. These phenotypes observed lead to the assumption

that S. gallolyticus subsp. gallolyticus may be transmitted between animals and humans,

colonize the GIT and cause an infection of endothelial structures.

In summary, this work demonstrates a potential interspecies transmission of S. gallolyticus

subsp. gallolyticus based on the analytical epidemiology and phenotypic characterization.

These approaches, therefore, showed the zoonotic potential of S. gallolyticus subsp.

gallolyticus.