Next Generation Sequencing zur Ausbruchsanalyse und Feintypisierung von Corynebacterium diphtheriae und verwandter Spezies des KL-Diphtherie – Licht ins Dunkel einer unterschätzten Erregergruppe

Diphtherie, ausgelöst durch toxinbildende Stämme des Bakteriums Corynebacterium (C.) diphtheriae wurde in Mitteleuropa über Jahrzehnte hinweg dank erfolgreicher Impfkampagnen und dadurch bedingter sehr niedriger Inzidenz kaum beachtet. Die heutige weltweite Mobilität, auch in und aus endemischen Gebieten mit geringer Impfquote, aber auch das teilweise nachlassende Impfengagement in Europa, führen allmählich zu einer wiederaufkeimenden Problematik. Hinzu kommt, dass neben der klassischen Rachendiphtherie, ausgelöst durch toxinbildende C. diphtheriae oder C. ulcerans Stämme, auch Toxingen-negative Stämme dieser Spezies und sowohl Toxingen-positive als auch -negative Stämme verwandter Spezies, die zum C. diphtheriae Komplex zusammengefasst werden, teils schwerwiegende Erkrankungen auslösen. So können C. diphtheriae, C. ulcerans aber auch die kürzlich definierten C. belfantii, C. ramonii und C. rouxii schwere Wunddiphtherien und invasive Erkrankungen verursachen. C. ulcerans, C. pseudotuberculosis und C. silvaticum stechen außerdem durch ihr zoonotisches Potential heraus.

Die Next Generation Sequencing (NGS) Technologie ermöglicht eine hochauflösende Entschlüsselung kompletter Genome und ist das optimale Tool zur genombasierten Erregerüberwachung zur Ausbruchsanalyse und zur Feintypisierung genetischer Erreger-Eigenschaften, wie Resistenzgenen und Virulenzfaktoren. Am Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL) werden in der NGS-Coreunit der Public Health Mikrobiologie für das Konsiliarlabor (KL) für Diphtherie bereits seit 2015 C. diphtheriae und die verwandten Spezies des C. diphtheriae Komplexes per NGS untersucht.

Bei den NGS-Untersuchungen liegt der Fokus oftmals auf Verwandtschaftsanalysen, um Licht ins Dunkel der Übertragungswege zu bringen. Mit den am LGL entwickelten C. diphtheriae und C. ulcerans core genome Multi Locus Sequence Typing (cgMLST) Schemata können Isolate schnell und standardisierbar auf ihre genetische Verwandtschaft untersucht werden. Dabei werden aktuelle Genome jeweils mit unserer Datenbank abgeglichen. Diese enthält mittlerweile über 1200 Genome des C. diphtheriae Komplexes.

In Zusammenarbeit mit dem RKI wurde so beispielsweise ein internationaler Ausbruch von Wunddiphtherien unter Migranten entdeckt, wodurch die Sensibilität der betroffenen Stellen im ÖGD erhöht werden konnte[1,2]. Da das KL-Diphtherie mittlerweile zusätzlich zum WHO Collaborating Center und zum EU-Referenzlabor für Diphtherie ernannt wurde, können die genetischen Untersuchungen dieses andauernden, über mehrere europäischen Länder ausgedehnten Ausbruchs, durch Austausch und Abgleich von Genomsequenzen mit internationalen Partnerlaboren und durch weitere Isolate aus In- und Ausland weiter beleuchtet werden. Neben genetischer Verwandtschaft können durch die NGS-Analyse gleichzeitig Resistenzprofile überprüft und Cluster mit bestimmten Virulenzeigenschaften identifiziert werden.

Bei der zoonotisch übertragbaren Spezies C. ulcerans werden regelmäßig Isolate per NGS typisiert um Übertragung von teilweise asymptomatischen Haus- oder Nutztieren auf deren Halter eindeutig nachzuweisen oder auszuschließen.

Daneben wird durch die NGS-Analytik auch die klassische Diagnostik verbessert, da gerade die neu definierten Spezies häufig nur genetisch klar abgegrenzt werden können, wie auch die Biovar Klassifikation aus dem Genom ein vollständigeres Bild liefern kann. Auch konnten insbesondere NGS-Untersuchungen eine atypische Gruppe von Isolaten als C. silvaticum, eine neue Spezies mit zoonotischen Potential, beschreiben, und so die Diagnostik ähnlicher Stämme nachhaltig verbessern[3].

Insgesamt liefern NGS-Untersuchungen die perfekte Ergänzung um die fast vergessenen, aber auch aktuell wieder besorgniserregenden Erreger des C. diphtheriae Komplexes, mit höchster Auflösung zu typisieren und wichtige Rückschlüsse für Behandlung und Prävention im ÖGD zu ziehen.

Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
11. März 2025