Project

Discipline

source tracking; E. coli; environmental microbiology; gene transfer; fecal indicator bacteria

Lead
Oberflächen, Bodenoberflächen und Wasser in Haushalten in Entwicklungsländern weisen häufig eine sehr hohe E. coli Kontamination auf. Unser Forschungsprojekt prüft, inwieweit diese E. coli Kolonien in Haushalten ein Gesundheitsrisiko für den Menschen darstellen. Das Ziel der Studie besteht darin, Massnahmen zur Verringerung der Exposition durch pathogene E. coli zu verbessern.
Lay summary
Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts Unsere bisherige Forschung zeigt, dass Haushalte in Entwicklungsländern (z.B. Bangladesch, Peru und Tansania) grundsätzlich deutlich höhere Kontaminationen durch E. coli Bakterien (einschließlich pathogener E. coli Stämme) auf Händen und Böden, im Trinkwasser und in Nahrungsmitteln aufweisen als Haushalte in Industriestaaten (z.B. USA). Diese höheren E. coli Konzentrationen tragen mutmasslich zur höheren Zahl von Durchfallerkrankungen bei. Ziel dieses Projekts ist es, die Ökologie von pathogenen E. coli Stämmen in Haushalten zu verstehen und daraus Massnahmen zur Verringerung des menschlichen Kontakts mit fäkalen Verunreinigungen zu entwickeln. Spezifische Forschungsfragen: Sind die in den Haushalten beobachteten E. coli Kolonien fäkalen Ursprungs oder natürlicher Teil der Umwelt?   Inwiefern können E. coli Bakterien auch ausserhalb des Verdauungstrakts des Wirts überleben, bzw. welche Faktoren beeinflussen Überlebensfähigkeit und Wachstumsrate?   Kann durch Einführung pathogener E. coli in die Umwelt eine Virulenz in vorher apathogenen E. coli Stämmen induziert werden?   Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Das wissenschaftliche Ziel dieses Forschungsprojekts ist, den Einfluss der Umwelt auf die Amplifikation pathogener E. coli - durch Vermehrung oder Gentransfer - in Wachstumsexperimenten zu bestimmen. Das Projekt überprüft das existierende Forschungsparadigma, das die Umwelt als Sammelbecken und nicht als Quelle pathogener E. coli Stämme identifiziert, mit Hilfe fundamentaler Analysen der E. coli-Ökologie in Haushalten. Das gesellschaftliche Ziel dieses Forschungsprojektes liegt darin, einen Beitrag zur Verbesserung von Massnahmen zu leisten, die das menschliche Gesundheitsrisiko durch fäkale Kontaminationen in Haushalten von Entwicklungsländern verringern sollen.

Direct link to Lay Summary

Last update: 17.06.2015

Active participation

Self-organised

Communication	Title	Media	Place	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

The goal of this project is to understand the in situ growth kinetics and potential for gene transfer between enteric and environmental strains of E. coli in domestic settings of low income countries. My previous research has demonstrated substantially higher fecal bacteria and pathogen concentrations on the hands, soils, and surfaces in low income countries (i.e., Bangladesh, Peru, Tanzania) than in high income countries (i.e., United States, European Union). Exposure to higher concentrations of fecal bacteria and pathogens is linked to multiple acute and chronic adverse health outcomes, including diarrheal disease, reduced nutrient absorption, reduced vaccine efficacy, stunting, and death. In light of the high levels of contamination of fecal source E. coli in domestic settings, fundamental concerns arise about the nature of the observed E. coli. Concerns include: the extent to which E. coli in these environments are fecal-source versus autochthonous; the ability of the E. coli to persist and thrive in these environments; and the potential for fecal source pathogenic E. coli to induce pathogenicity in autochthonous bacteria through gene transfer.Specifically, I propose to address these emerging concerns through a series of field- and laboratory-based experiments focused on the following questions: -Are there distinctions (genotypic and/or phenotypic) between enteric E. coli strains and the environmental E. coli strains found in the domestic environment (i.e., hands, soils, and surfaces)? -Are E. coli found in domestic environments persistent and/or able to regrow in the environment of domestic settings in tropical climates? If there are distinctions between enteric and environmental E. coli strains, do these disintctions influence persistence and/or regrowth? -Are pathogenic E. coli from enteric sources contributors of pathogenicity islands (e.g., hemolysin production, P-related fimbrie) to autochthonous or naturalized soil microbiota (including environmental E. coli strains) via horizontal gene transfer?The proposed study aims to identify whether or not the detection of E. coli in environmental reservoirs indicates risks for human health from fecal contamination exposures. Increasingly, the presence/absence of E. coli is used as an indicator of the quality of water and sanitation infrastructure in low resource settings. Therefore, the high concentrations of E. coli we have previously detected are currently interpreted to imply high risks to human health in domestic, low-income settings. However, further research in the following areas is needed to improve interpretation of E. coli detection assays: relative prevalence of enteric and environmental E. coli strains, mechanistic differences in enteric and environmental E. coli strains, in situ growth kinetics of E. coli, and potential for horizontal gene transfer between diarrheagenic E. coli and autochthonous bacteria including environmental E. coli strains. The work proposed here will inform fecal contamination exposure remediation efforts and quantitative microbial risk assessment studies intended to improve health and well-being of families exposed to fecal-source E. coli.