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Projektbeschreibung TP11

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Projektleiter

Prof. Dr. Dr. Jürgen Heesemann

(seit dem 01.04.2014 in Ruhestand)

Dr. Alexander Rakin
Ludwig-Maximilians-Universität München
Max von Pettenkofer-Institut, Lehrstuhl Bakteriologie

Titel: Genombasierte epidemiologische und virulenzassoziierte Marker im Y. enterocolitica ssp. palearctica Monitoring.

Yersiniosen stellen die dritthäufigste enterische Erkrankung in Europa dar. Yersinia enterocolitica ssp. palearctica Biotyp 4, Serotyp O:3 (4/O:3) entwickelt sich zum dominierenden Verursacher von Yersiniosen weltweit und rivalisiert mit Salmonellosen und Campylobacter als Verursacher von Diarrhoea in Nordeuropa, Kanada und Neuseeland. Dieser Erreger wird häufig in sehr unterschiedlichen Umwelthabitaten isoliert, darunter Haustiere und Schlachttiere. Das primäre Reservoir von Y. enterocolitica sind Schlacht- und Wildschweine. Beim Schlacht- und Fleischverarbeitungsprozess kommt es zur Kontamination der Fleischprodukte und durch den Verzehr zur Infektion beim Menschen. Die Fähigkeit von Y. enterocolitica, auch bei geringen Temperaturen zu replizieren, erlaubt ein Wachstum in gekühlten Lebensmitteln und stellt ein weiteres Problem für die Lebensmittelhersteller dar.

Insgesamt 8979 Fälle von Yersiniosen wurden 2006 in Europa gemeldet und allein 4352 Fälle 2008 an das RKI in Deutschland. Trotzdem ist es wahrscheinlich, dass die Inzidenz deutlich unterschätzt wird. Zum Beispiel erreicht die Kontaminationsrate von rohem Schweinefleisch mit Y. enterocolitica in Münchener Schlachtereien bis zu 25%. Die Rate subklinischer Yersiniosen in der gesunden Bevölkerung wird deutlich unterschätzt. Sowohl der häufige Nachweis von Y. enterocolitica Antikörpern im Serum gesunder Blutspender (43% in Deutschland und 31% in Finnland) also auch die hohe Prevalenz von Yersinia 4/O:3 im Nasen-Rachen-Raum von Schweinen weisen auf die infektionsmedizinische Bedeutung der Yersinien hin.

Daher ist es wahrscheinlich, dass Y. enterocolitica weiterhin ein bedeutender Lebensmittel-Erreger bleibt, und neue Strategien zur Kontrolle und Prävention entwickelt werden müssen. Trotzdem ist bisher die Epidemiologie von Y. enterocolitica ssp. palearctica kaum verstanden. Die Sensitivität der existierenden Typisierungsmethoden ist einer der limitierenden Faktoren beim Nachweis von Yersinien in der Nahrungsmittelkette. Daher ist die Entwicklung und Evaluierung klonal diskriminierender molekularer Nachweismethoden notwendig, um die Reservoire der Infektion, die Transmissionsroute und deren Assoziation mit klinischen Fällen eindeutig zu identifizieren. Einzel-Nukleotid Polymorphismen (SNPs), Einzel-Lokus Sequenztypisierung (SLST) und die deutlich diskriminierenden Gruppen- und Pathoadaptations-spezifischen Sequenzmarker werden bestimmt und angewendet, um Y. enterocolitica in Lebensmittelketten nachzuverfolgen, eine Basis zur Bestimmung der Populationsstruktur von Y. enterocolitica ssp. palearctica zu etablieren und um das pathogene Potential isolierter Bakterien für die Lebensmittelsicherheit abzuschätzen und vorherzusagen.

Außerdem wurde ein BT4/O:3-spezifischer „low-density“ Pathoarray, der auf Daten des Y. enterocolitica ssp. palearctica Genoms basiert und zusätzlich bekannte virulenzassoziierte Gene der Gattung Yersinia einschließt, entworfen und gegen eine Reihe von Yersinia Isolaten getestet. Durch neue hochspezifische Marker werden die Pathoarrays ergänzt, um die diskriminierenden Eigenschaften zwischen Y. enterocolitica 4/O:3 Isolaten zu verbessern. In Kooperation mit TP02 (H. Karch), TP05 (A. Mellmann), TP09 (K. Stark) und TP17 (D. Harmsen) wird ein DNA-Mikroarray spezifisch für bakterielle zoonotische Enteritiserreger weiterentwickelt, der einige der Yersinia-spezifischen Biomarker enthält. Obwohl die Pathogenese von Y. enterocolitica intensiv untersucht und die wichtigsten Virulenzfaktoren beschrieben wurden sind wesentliche Aspekte der Pathogenese und die Variabilität des Erregers hinsichtlich der Wirtsadaptierung noch unklar. Mit der Etablierung der „In Vivo Induced Antigen Technology“ (IVIAT) werden Faktoren, die spezifisch in der Bakterien-Wirt-Interaktion sowie in der Pathoadaptation involviert sind, unter Berücksichtigung der in vivo Bedingungen bestimmt. Eine Sammlung von Patienten- und Tierseren wird gegen die IVIAT Bibliothek getestet, um Unterschiede in der Wirtsantwort auf Y. enterocolitica Stämme unterschiedlichen Ursprungs, darunter Lebensmittelpassagierte Stämme, zu identifizieren.

Eine weltweite, durch neue Patientenisolate ständig aktualisierte Sammlung von 4/O:3 Stämmen humanen und zoonotischen Ursprungs sowie von Lebensmitteln liegt im Max von Pettenkofer-Institut vor und kann den Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Diese Stammsammlung, in Kombination mit genomweiten Vergleichen von humanen, zoonotischen und von Lebensmitteln isolierten Yersinien, wird es ermöglichen, neue Gene, die mit der Wirtsanpassung assoziiert sind oder epidemiologisch interessant sind (Markergene), die die Diagnostik humaner Infektionen verbessern und neue Instrumente zur molekularen Epidemiologie der Yersiniosen zu schaffen. Zusammenfassend ist die Verbesserung der Feintypisierung von Y. enterocolitica und die Entdeckung neuer bakterieller Faktoren mit Bedeutung für die wirtsspezifische Pathoadaptation von Yersinien Ziel unserer Arbeit.


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