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Von der Genomik in die Diagnostik fast in „Echtzeit“

15.08.2011
Nach EHEC als „Generalprobe“ nun Klebsiella: Beim Kampf gegen den niederländischen „Superkeim“ bewies die Genom-Sequenzierung ihre Stärken

In Deutschland stand es im Schatten von EHEC, in den Niederlanden kennt es jeder Zeitungsleser: das Bakterium Klebsiella pneumoniae Oxa-48. Über 80 Patienten infizierten sich mit dem antibiotikaresistenten „Superkeim“ während eines Ausbruchs im Maasstad Hospital in Rotterdam, 27 davon starben.

Nach einer Schätzung des Krankenhauses waren insgesamt mehr als 2.000 Personen dem Risiko ausgesetzt, sich zu infizieren. Um das Krankenhaus bei der Eindämmung des Ausbruchs zu unterstützen, wurde das Niederländische Institut für den Öffentlichen Gesundheitsdienst (RIVM) eingeschaltet. Am Kampf gegen Klebsiella wirkten auch deutsche Forscher mit.

Das RIVM tat sich mit Wissenschaftler der Medizinischen Fakultät der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (Deutschland) sowie mit Bioinformatikern der Life Technologies Corporation (USA) und des Wellcome Trust Sanger Institute (Großbritannien) zusammen, um einen hoch spezifischen Screening-Test zum Nachweis des Erregers zu entwickeln und seiner weiteren Verbreitung vorzubeugen. Prof. Dr. Hajo Grundmann, Epidemiologe am RIVM: „Das Entscheidende war, in extrem kurzer Zeit die richtigen Leute und die richtigen Ressourcen zusammenzubringen, um gemeinsam der weiteren Ausbreitung des Bakteriums entgegentreten zu können. Besonders erfreut sind wir vor allem über die Möglichkeiten, die sich hierbei aus der schnellen Genom-Sequenzierung des Bakterienstammes ergaben.“

Der Mikrobiologe Prof. Dr. Dag Harmsen, Klinik für Parodontologie an der Universität Münster, leitete das Team, das die Sequenzierung mittels einer Ion Torrent Personal Genome Machine (PGM) durchführte. „Als wir die PGM erstmals während des deutschen EHEC-Ausbruchs 2011 einsetzten*, war das quasi noch eine Generalprobe, ein Praxistest zur Anwendung neuer Theorien und Techniken. Diesmal jedoch wurde durch die schnelle Sequenzierung des gesamten Genoms auch ein unmittelbarer positiver Effekt für die Sicherstellung der Patientengesundheit deutlich: Die Ergebnisse der Sequenzierung bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines spezifischen Tests. Das war das erste Mal, dass die Genforschung sozusagen in ‚Echtzeit’ in der medizinischen Diagnostik ankam“, freut sich Harmsen.

Den Bioinformatikern von Life Technologies genügten die Ergebnisse eines einzigen Ion-316-Chips zur vorläufigen Genassemblierung des Stammes von K. pneumoniae Oxa-48, der den niederländischen Ausbruch verursachte (Isolat 1191100241). Ihre Erkenntnisse machten sie über das National Center for Biotechnology Information (NCBI), einen Ableger des nationalen Gesundheitsinstitutes der USA, öffentlich zugänglich. Dr. Craig Cummings von Life Technologies: „Durch die Verwendung unserer TaqMan-Technologie waren wir in der Lage, in extrem kurzer Zeit dieses Genom mit dem anderer Klebsiella-Stämme zu vergleichen, deren Daten bekannt waren. Wir konnten 36 Regionen identifizieren, die sich möglicherweise zur Entwicklung eines PCR-Testes eignen, welcher spezifisch auf den aktuellen Ausbruch-Stamm anspricht.“

Durch den Vergleich dieser Regionen mit den Angaben zu 200 weiteren Klebsiella-Genomen aus einer noch laufenden weltweiten Studie entdeckten Dr. Thomas Conner und Dr. Nicholas Thompson vom Wellcome Trust Sanger Institute in Cambridge zwei Bereiche, die in dieser Form nur bei dem niederländischen „Superkeim“ vorkommen. PCR-Tests, die auf genau diese Sequenzteile abzielen, konnten dann aufgrund dieser Erkenntnisse von Grundmanns RIVM-Team entwickelt und im Feldversuch erprobt werden, um einen molekularen Screening-Test zu erhalten. Die Prüfprotokolle zu Testverfahren und -ausstattung wurden umgehend allen niederländischen Krankenhäusern zur Verfügung gestellt.

„Dies ist ein gutes Beispiel dafür, wie schnelle Analysen mittels des ‚Next Generation Sequencing’ bei der Kontrolle von Epidemien helfen können und wie die Zusammenarbeit von Teams aus verschiedenen Ländern und Kontinenten zu raschen Ergebnissen beiträgt. Beides dient der Vorbeugung zukünftiger Infektionen und dem Wohl der niederländischen Krankenhauspatienten“, resümiert Hajo Grundmann vom RIVM.

Ressourcen:
NCBI-Referenznummer für die vorläufige Sequenzierung: AFXH00000000
NCBI/SRA-Referenznummer: SRA043951.1
* siehe: PLoS ONE. 2011 6(7):e22751, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21799941 (doi: 10.1371/journal.pone.0022751)

Redaktion:

Dr. Thomas Bauer
(Tel.: 0251 / 83-58937; E-mail: thbauer@uni-muenster.de)

Dr. Christina Heimken | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenster.de/

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