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Ausbrüche schneller erkennen - Netzwerk nutzt „genetischen Fingerabdruck“ für die Überwachung (Surveillance) von bakteriellen Krankheitserregern

In der modernen, global agierenden Gesellschaft ist die Mobilität von Menschen, Tieren, Waren und Lebensmitteln extrem hoch. Stets folgten Infektionen und deren Erreger den Handels- und Reisewegen und dem damit verbundenen Kontakt. Dies verdeutlicht insbesondere die gegenwärtige SARS-CoV2 Pandemie. Ein weiteres prägnantes Beispiel findet sich im Jahr 2011. Hier wurde das deutsche Gesundheitssystem mit dem lebensmittelbedingten Ausbruch eines Krankheitserregers - einer toxischen Variante des Darmbakteriums E. coli des Typs EHEC O104:H4 - konfrontiert, welcher zum weltweit größten EHEC-Ausbruch mit 2.987 Fällen von Durchfall, 855 Fällen von schwerem Nierenversagen und 53 Todesfällen führte.

Die Identifizierung der Infektionsquelle ist in der Regel Voraussetzung für eine erfolgreiche Ausbruchsbekämpfung. Wird die Quelle nicht zeitnah identifiziert, können solche Ausbrüche auch über lange Zeiträume und an verschiedenen Orten auftreten, was die Identifizierung eines Zusammenhangs besonders schwierig macht.

Aber - wie erkennt man, dass die Erreger „gleichartig“ sind? Was heißt „gleichartig“, und wie lässt sich erkennen, ob ein Erreger bereits an anderem Ort und zu anderer Zeit einmal beobachtet wurde? Wie lässt sich die Spur von Krankheitserregern exakt verfolgen? Hierfür wird ein exakter „Fingerabdruck“ des Erregers benötigt, um Ähnlichkeiten und Verwandtschaften zu erkennen oder auszuschließen.

„Um den Infektionsschutz zu verbessern, ist eine molekulare Surveillance von Infektionserregern unverzichtbar“, sagt Professor L. H. Wieler, Präsident des Robert Koch-Institutes. Um hierfür geeignete Instrumente bereitzustellen hat sich eine Gruppe von Wissenschaftlern an der Universität Münster, dem Forschungszentrum Borstel und dem Robert Koch-Institut im Netzwerk „miGenomeSurv“ - für mikrobielle genombasierte Surveillance von Infektionserregern - zusammengeschlossen. Basis des Netzwerks sind die dort angesiedelten nationalen Referenzlabore, bei denen - ihrem Auftrag entsprechend - für die Bevölkerung relevante Infektionserreger mikrobiologisch und bis hin zur Erbgutanalyse mittels Genomsequenzierung charakterisiert werden, um hieraus den „Fingerabdruck“ und weitere Merkmale der Bakterien für die Erregerüberwachung und Ausbruchsaufklärung zu gewinnen.

Im Rahmen von „miGenomeSurv“ wird eine einheitliche „Sprache“ für die zahlreichen Erregerlinien und die Erstellung eines „Steckbriefes“ genutzt. „Einfach zu verwendende bioinformatische Werkzeuge helfen dabei, dem jeweiligen Erreger eine eindeutige Signatur zu geben“, erläutert Professor Dag Harmsen von der Universität Münster. Dieser besonders wichtige Aspekt einer abgestimmten „Sprachregelung“ beruht auf der Berechnung eines sogenannten Kerngenom (Core Genome-(cg))-MLST-Ansatzes/Schlüssels aus den Genomdaten. Hierdurch wird das Erbgut der Erreger in einen standardisierten Zahlencode übersetzt. Das ermöglicht einen reibungslosen Datenaustausch zwischen den beteiligten Laboratorien, mit weiteren nationalen und internationalen Partnern und Institutionen wie z.B. dem ECDC und dem für die Umsetzung von Maßnahmen zuständigen öffentlichen Gesundheitsdienst. Die genomischen Profile sowie weitere Daten des Projekts werden in zusammengefasster Form auf der Webseite des Netzwerks unter www.miGenomeSurv.org veröffentlicht.

Die Kooperationspartner konzentrieren sich zunächst auf die folgenden Erreger und stellen die dazugehörigen Daten zur Verfügung:

  • Enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC)
  • Listeria monocytogenes
  • Multidrug resistant Mycobacterium tuberculosis, M. bovis/caprae
  • Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE).

Wie wichtig die Analyse des Erregergenoms für den Infektionsschutz ist, zeigt sich aktuell auch an SARS-CoV2. Für die frühzeitige Entdeckung neuer Virusmutationen und neuer Eigenschaften ist die molekulare Surveillance unverzichtbar. Das RKI stellt daher zur Übermittlung von Genomsequenzdaten für SARS-CoV2 mit dem Deutschen Elektronischen Sequenzdaten-Hub (DESH) eine technische Plattform zur Verfügung, die von allen sequenzierenden Laboren in Deutschland verwendet werden kann. Die Genomsequenzdaten werden dann im RKI gemeinsam mit weiteren Daten, wie etwa mit Daten aus dem Meldesystem, verknüpft und ausgewertet.

Stand: 02.06.2021

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