Forscher haben einen neuen Weg gefunden, um infektiösere Varianten von Viren oder Bakterien zu identifizieren, die sich beim Menschen ausbreiten – darunter solche, die Grippe, COVID, Keuchhusten und Tuberkulose verursachen.
Der neue Ansatz nutzt Proben infizierter Menschen, um eine Echtzeitüberwachung der in menschlichen Populationen zirkulierenden Krankheitserreger zu ermöglichen und ermöglicht die schnelle und automatische Identifizierung von Impfviren. Dies könnte die Entwicklung von Impfstoffen beeinflussen, die bei der Vorbeugung von Krankheiten wirksamer sind.
Der Ansatz kann auch neu auftretende Varianten mit Antibiotikaresistenzen schnell erkennen. Dies könnte die Wahl der Behandlung für Menschen, die sich infizieren, beeinflussen – und versuchen, die Ausbreitung der Krankheit einzudämmen.
Es nutzt genetische Sequenzierungsdaten, um Informationen über die genetischen Veränderungen zu liefern, die der Entstehung neuer Varianten zugrunde liegen. Dies ist wichtig, um zu verstehen, warum sich verschiedene Varianten in menschlichen Populationen unterschiedlich verbreiten.
Abgesehen von den etablierten COVID- und Influenza-Überwachungsprogrammen gibt es nur sehr wenige Systeme, um auf neu auftretende Varianten von Infektionskrankheiten zu achten. Die Technik stellt einen großen Fortschritt gegenüber dem bestehenden Ansatz zur Behandlung dieser Krankheiten dar, der sich auf Expertengruppen stützte, um zu entscheiden, wann sich ein zirkulierendes Bakterium oder Virus ausreichend verändert hat, um als neue Variante bezeichnet zu werden.
Durch die Erstellung von „Stammbäumen“ identifiziert der neue Ansatz neue Varianten automatisch basierend darauf, wie stark sich ein Krankheitserreger genetisch verändert hat und wie leicht er sich in der menschlichen Bevölkerung ausbreitet – wodurch die Notwendigkeit entfällt, hierfür Experten einzuberufen.
Es kann für ein breites Spektrum an Viren und Bakterien eingesetzt werden und es sind nur wenige Proben infizierter Personen erforderlich, um die in einer Population zirkulierenden Varianten aufzudecken. Dies macht es besonders wertvoll für ressourcenarme Umgebungen.
Der Bericht wird heute in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.
„Unsere neue Methode bietet eine Möglichkeit, überraschend schnell zu zeigen, ob es neue übertragbare Varianten von Krankheitserregern gibt, die in Populationen zirkulieren – und sie kann für eine Vielzahl von Bakterien und Viren eingesetzt werden“, sagte Dr. Noémie Lefrancq, Erstautorin der Studie berichten, der die Arbeit am Department of Genetics der University of Cambridge durchgeführt hat.
Lefrancq, der jetzt an der ETH Zürich arbeitet, fügte hinzu: „Wir können damit sogar vorhersagen, wie sich neue Varianten durchsetzen werden, was bedeutet, dass schnell Entscheidungen darüber getroffen werden können, wie reagiert werden soll.“
„Unsere Methode bietet eine völlig objektive Möglichkeit, neue Stämme krankheitserregender Käfer zu erkennen, indem sie ihre Genetik und ihre Ausbreitung in der Population analysiert. Das bedeutet, dass wir das Auftreten neuer hoch übertragbarer Stämme schnell und effektiv erkennen können“, sagte er Professor Julian Parkhill, ein Forscher am Veterinärmedizinischen Institut der Universität Cambridge, der an der Studie beteiligt war.
Testen der Technik
Mit ihrer neuen Technik analysierten die Forscher Proben von Bordetella pertussis, dem Bakterium, das Keuchhusten verursacht. Viele Länder erleben derzeit die schlimmsten Keuchhustenausbrüche der letzten 25 Jahre. Es wurden sofort drei neue Varianten identifiziert, die in der Bevölkerung zirkulierten und zuvor unentdeckt waren.
„Die neuartige Methode erweist sich als sehr zeitgemäß für den Erreger des Keuchhustens, der angesichts seines aktuellen Comebacks in vielen Ländern und der besorgniserregenden Entstehung antimikrobieller Resistenzlinien eine verstärkte Überwachung erfordert“, sagte Professor Sylvain Brisse, Leiter des Nationalen Referenzzentrums für Keuchhusten am Institut Pasteur, der Bioressourcen und Fachwissen zu Genomanalysen und Epidemiologie von Bordetella pertussis bereitstellte.
In einem zweiten Test analysierten sie Proben von Mycobacterium tuberculosis, dem Bakterium, das Tuberkulose verursacht. Es zeigte sich, dass sich zwei Varianten mit Antibiotikaresistenzen ausbreiten.
„Der Ansatz wird schnell zeigen, welche Varianten eines Erregers im Hinblick auf das Krankheitspotenzial am besorgniserregendsten sind. Das bedeutet, dass ein Impfstoff gezielt gegen diese Varianten gerichtet werden kann, um ihn so wirksam wie möglich zu machen“, sagte Professor Henrik Salje der Abteilung für Genetik der Universität Cambridge, leitender Autor des Berichts.
Er fügte hinzu: „Wenn wir eine schnelle Ausbreitung einer antibiotikaresistenten Variante sehen, könnten wir das Antibiotikum, das den damit infizierten Menschen verschrieben wird, ändern, um die Ausbreitung dieser Variante einzudämmen.“
Die Forscher sagen, dass diese Arbeit ein wichtiger Teil im größeren Puzzle jeder Reaktion der öffentlichen Gesundheit auf Infektionskrankheiten ist.
Eine ständige Bedrohung
Bakterien und Viren, die Krankheiten verursachen, entwickeln sich ständig weiter, um sich besser und schneller zwischen uns verbreiten zu können. Während der COVID-Pandemie führte dies zur Entstehung neuer Stämme: Der ursprüngliche Wuhan-Stamm verbreitete sich schnell, wurde aber später von anderen Varianten überholt, darunter Omicron, die sich aus dem Original entwickelten und sich besser ausbreiteten. Dieser Entwicklung liegen Veränderungen im Erbgut der Krankheitserreger zugrunde.
Krankheitserreger entwickeln sich durch genetische Veränderungen, die ihre Ausbreitung erleichtern. Wissenschaftler sind besonders besorgt über genetische Veränderungen, die es Krankheitserregern ermöglichen, unserem Immunsystem zu entgehen und Krankheiten zu verursachen, obwohl wir gegen sie geimpft sind.
„Diese Arbeit hat das Potenzial, ein integraler Bestandteil von Überwachungssystemen für Infektionskrankheiten auf der ganzen Welt zu werden, und die Erkenntnisse, die sie liefert, könnten die Art und Weise, wie Regierungen reagieren, völlig verändern“, sagte Salje.
Weitere Informationen:
Erlernen der Fitnessdynamik von Krankheitserregern aus Phylogenien, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08309-9