Mithilfe eines hochmodernen computergestützten Ansatzes haben Experten die genetischen Faktoren entdeckt, die die Cholera-Bakterien so gefährlich machen – was der Schlüssel zur Verhinderung dieser tödlichen Krankheit sein könnte.
Die bahnbrechende Studie, veröffentlicht in Naturkommunikationwird von Professor Tania Dottorini von der University of Nottingham in Zusammenarbeit mit dem Institute of Epidemiology, Disease Control and Research (IEDCR) in Bangladesch, dem International Center for Diarrheal Disease Research, Bangladesch und der North South University geleitet.
Die innovative Forschung kombiniert maschinelles Lernen, Genomik, Stoffwechselmodellierung im Genommaßstab (GSMM) und 3D-Strukturanalyse, um die genetischen Geheimnisse von Vibrio cholerae – den Bakterien, die hinter der Cholera stecken – zu lüften.
Cholera ist eine tödliche Durchfallerkrankung, die weltweit Millionen von Menschen bedroht. Jedes Jahr treten bis zu 4 Millionen Fälle auf und bis zu 143.000 Menschen sterben daran. Allein in Bangladesch, wo Cholera eine ständige Gefahr darstellt, sind 66 Millionen Menschen gefährdet. Jedes Jahr gibt es mehr als 100.000 Fälle und 4.500 Todesfälle.
Der Erreger Vibrio cholerae entwickelt sich in einer Weise, die die Krankheit schwerwiegender und schwerer kontrollierbar macht. Bislang war es Wissenschaftlern jedoch schwer, die genauen genetischen Faktoren zu bestimmen, die diese Veränderungen verursachen.
Noch weniger ist bekannt über die genomischen Merkmale, die für die Schwere der Cholera verantwortlich sind, die aus diesen Linien resultiert. Etwa 1 von 5 Menschen mit Cholera erleidet aufgrund einer Kombination von Symptomen (hauptsächlich Durchfall, Erbrechen und Dehydrierung) einen schweren Krankheitsverlauf.
In dieser neuen Studie analysierte das britisch-bangladeschische Forschungsteam Bakterienproben von Cholerapatienten aus sechs Regionen Bangladesch, die zwischen 2015 und 2021 gesammelt wurden. Sie identifizierten eine Reihe einzigartiger Gene und Mutationen im jüngsten und dominanten Stamm von Vibrio cholerae, der für den verheerenden Ausbruch im Jahr 2022 verantwortlich ist.
Diese genetischen Merkmale hängen mit der Fähigkeit der Bakterien zusammen, schwere Symptome wie anhaltenden Durchfall, starke Bauchschmerzen, Erbrechen und Dehydrierung hervorzurufen – Symptome, die in schweren Fällen zum Tod führen können.
Professor Dottorini sagte: „Durch die Identifizierung der wichtigsten genetischen Faktoren, die sowohl die Übertragung als auch die Schwere der Cholera beeinflussen, haben wir einen bedeutenden Schritt in Richtung der Entwicklung wirksamerer Behandlungsmethoden und gezielter Interventionen gemacht. Dies könnte Tausende von Leben retten, nicht nur in Bangladesch, sondern weltweit.“
Die Ergebnisse der Studie zeigten auch, dass sich einige dieser krankheitserregenden Eigenschaften mit jenen überschneiden, die den Bakterien zu einer leichteren Verbreitung verhelfen. Die Ergebnisse zeigen, wie diese genetischen Faktoren es Vibrio cholerae ermöglichen, im menschlichen Darm zu überleben, wodurch dieser widerstandsfähiger gegen Umweltbelastungen wird und Krankheiten effizienter auslösen kann. Diese Forschung unterstreicht die komplexen Wechselwirkungen zwischen der genetischen Ausstattung der Bakterien und ihrer Fähigkeit, schwere Krankheiten auszulösen.
Dieses neue Computersystem ist ein wichtiger Fortschritt im Kampf gegen Cholera. Durch die Identifizierung der wichtigsten genetischen Faktoren, die Vibrio cholerae gefährlicher machen, können Wissenschaftler bessere Behandlungen und gezieltere Strategien zur Kontrolle und Vorbeugung künftiger Ausbrüche entwickeln. Dieser Durchbruch bietet neue Hoffnung für eine Verbesserung der öffentlichen Gesundheit in Bangladesch und könnte weltweit zahllose Leben retten.
Dr. Dottorini fügt hinzu: „Unsere Erkenntnisse öffnen die Tür zu einer neuen Ära der Choleraforschung, in der wir Instrumente entwickeln können, mit denen wir schwere Ausbrüche vorhersagen und möglicherweise verhindern können, bevor sie auftreten. Das ultimative Ziel besteht darin, diese Erkenntnisse in reale Lösungen umzusetzen, die gefährdete Bevölkerungsgruppen schützen.
„Dieser Durchbruch war nur durch die enge Zusammenarbeit zwischen unseren Partnern in Großbritannien und Bangladesch möglich. Gemeinsam haben wir modernste Computertools mit lokaler Expertise kombiniert, um eine der dringendsten Herausforderungen im Bereich der öffentlichen Gesundheit anzugehen.“
Weitere Informationen:
Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52238-0. www.nature.com/articles/s41467-024-52238-0