UM School of Medicine Institute for Genome Sciences findet Geninformationen der tödlichen E. coli-Bakterien in Deutschland

BALTIMORE, August 1, 2011 /PRNewswire/ --

- Schnelle, hochmoderne Studie zu der andauernden Krankheit schafft neues Paradigma für Krankheitsforschung

Ein Forscherteam des School of Medicine Institute for Genome Sciences von University of Maryland hat die Geninformationen der E. coli-Bakterien entschlüsselt, die für den Ausbruch der tödlichen Krankheit verantwortlich sind, die sich seit Mai 2011 in Deutschland ausbreitet. Bislang sind 53 Menschen gestorben und Tausende in Deutschland, Schweden und den USA sind erkrankt. Das Paper, das am 27. Juli im New England Journal of Medicine (NEJM) veröffentlicht wurde, wie Forscher weltweit zusammengearbeitet und modernste Methoden angewendet haben, um den Gencode der E. coli-Proben des Ausbruchs sowie ähnlicher Stämme zu untersuchen und zu analysieren. Sie kombinierten ihre Ergebnisse mit ihrem Fachwissen aus der Biologie und der Evolution der Bakterien, um so mehr über den Ausbruch der Krankheit herauszufinden. Die Analyse ging schnell genug voran, so dass Ärzte informiert werden konnten, die betroffene Patienten behandelten, und auch Epidemiologen bei der Suche nach dem Ursprung des Krankheitserregers unterstützt werden konnten.

Eine wissenschaftliche Analyse in diesem Umfang findet vielleicht zum ersten Mal in der Forschungsgeschichte statt, um einen Krankheitserreger in der Anfangsphase seiner Verbreitung zu erforschen, so der Hauptautor der Studie, David A. Rasko, Ph.D., Dozent für Mikrobiologie und Immunologie an der University of Maryland School of Medicine, und Forscher am Institute for Genome Sciences.

"Diese Technologie entwickelt sich extrem schnell, weshalb wir eine noch präzisere Analyse in noch kürzerer Zeit vornehmen können", so Dr. Rasko. "Es hat Jahre und Millionen Dollar gekostet, um das erste E. coli-Genom vor über zehn Jahren zu untersuchen. Und so ist es uns gelungen nur wenige Monate nach dem Ausbruch der  E. coli-Krankheit in Deutschland bereits ein Paper darüber zu veröffentlichen. Dieses Paper und die darin beschriebene Forschungsmethode repräsentieren die neue Art und Weise der Untersuchung von Krankheitsausbrüchen."

Die Forscher arbeiteten mit Pacific Biosciences of California, Inc., zusammen, einem in Menlo Park ansässigen Unternehmen, das seine neue Single Molecule Real Time-Technologie einsetzt, um das Genom des E. coli-Stamms aus Deutschland zu untersuchen. An der Zusammenarbeit waren auch Wissenschaftler des "Statens Serum Institutes", dem "Collaborating Centre for Reference and Research on Escherichia coli and Klebsiella" der Weltgesundheitsorganisation in Dänemark sowie der Universität Harvard und der University of Virginia beteiligt.

"Die University of Maryland School of Medicine ist weltweit in 23 Ländern tätig, und wir sind stolz darauf dass das Institute for Genome Sciences eine tragende Rolle in dieser internationalen Gesundheitskrise gespielt hat und zur Verbesserung der Gesundheitsbedingungen beigetragen hat", erläuterte E. Albert Reece, M.D., Ph.D., M.B.A., Vice President für medizinische Angelegenheiten an der University of Maryland und John Z. und Akiko K. Bowers Ehrenprofessor und Dekan der School of Medicine.

Dr. Rasko und seine Kollegen vom Institute for Genome Sciences haben die genetischen Daten anhand einer Software untersucht, die zum Teil am Institut selbst entwickelt wurde. Zum Team des Institute for Genome Sciences gehörten auch die Nachwuchswissenschaftler Jason Sahl, Ph.D., und Susan Steyert, Ph.D., sowie die Labormanagerin Julia Redmond. Dr. Raskos verfügt über umfangreiches Fachwissen in der molekularen Pathogenese und der Evolution von E. coli, wodurch es einem Team möglich war, die große Masse an genetischen Daten zu untersuchen, die involviert waren, und mehr über die Mikrobe und die E. coli-Bakterie an sich zu erfahren.

Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der für den Krankheitsausbruch in Deutschland verantwortliche E. coli-Stamm ein hauptsächlich enteroaggregativer E. coli war, eine Unterkategorie der Bakterie. Nach sorgfältiger Untersuchung des Genoms fanden sie heraus, dass der für den Ausbruch verantwortliche Stamm eine ungewöhnliche Kombination aus enteroaggregativen E. coli-Bakterien und einem anderen Subtyp war, bekannt als enterohämorrhagische E. coli. Außerdem bemerkten die Forscher, dass der Stamm eine ungewöhnliche Kombination aus Virulenz und antibiotikaresistenter Faktoren in sich trug, die ihn von den anderen Stämmen der Bakterie unterscheidet.

"Das Paper behandelt nicht nur das Genom. Es untersucht auch die Virulenz und die Biologie der Mikrobe", erklärte Dr. Rasko. "Zu Beginn des Ausbruchs der Krankheit beschrieben Forscher die Bakterie als einen "hybriden" Stamm. Es handelt sich bei diesem Stamm jedoch nicht um eine wirkliche Mischform, da er nur eine begrenzte Anzahl an DNA-Sequenzinformationen aus enterohämorrhagischer E. coli enthält. Diese einzigartigen Kombinationen wurden noch nicht oft beobachtet. Ich denke, wir werden sie in Zukunft häufiger zu Gesicht bekommen, da es nun Technologie wie Pacific Biosciences gibt, mit deren Hilfe wir mehr Stämme schneller und kostensparender untersuchen können."

"Die Kombination aus Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kosten wird aus der Genom-Sequenzierung ein Mittel zur Diagnostik machen, das schneller als alles ist, was wir uns bisher vorstellen konnten", erkläre Dr. Sahl, Co-Autor des Papers.

Als die Krankheit im Mai ausbrach, haben Wissenschaftler weltweit den E. coli-Stamm untersucht, sobald Proben vorhanden waren. Viele der Gruppen veröffentlichten ihre Ergebnisse kostenlos - die Ergebnisse der derzeitigen Studie sind ebenfalls öffentlich einsehbar - wodurch es zu einer Art "Crowdsourcing" kam. Die Forschungsarbeit wurde von einer großen, ungleichen Gruppe an Forschern durchgeführt. "Normalerweise jedoch findet Forschungsarbeit in relativer Isolation statt", so Dr. Rasko. "In diesem Fall hat erstmals eine "offene Analyse" eines Erreger-Genoms stattgefunden."

Zu Beginn des Ausbruchs verwendeten deutsche Wissenschaftler eine andere Art der Sequenziertechnologie und vorläufigen Analyse, um festzustellen, was so einzigartig an dem für den Ausbruch verantwortlichen Krankheitserreger ist. Sie fanden ein Gen, das ein Toxin produzierte, die mit den direkten Symptomen zusammenhingen, die Ärzte bei den Patienten feststellten, wie beispielsweise starkem Durchfall. Dieses Gen, das als Shiga-Toxin bekannt ist, wird vermehrt produziert, wenn gewisse Antibiotika reduziert werden. Die Befunde ergaben, dass sich der Zustand der Patenten verschlechterte, wenn sie mit Antibiotika behandelt wurden. Diese ersten Ergebnisse wurden sofort an die Ärzte weitergegeben, damit diese den Betroffenen nicht weiter Antibiotika verschrieben. "Unsere Untersuchung ist umfangreicher und detaillierter als diese frühe Untersuchung", sagte Dr. Rasko. "Hier wurde innerhalb weniger Tage international zusammengearbeitet. Ich denke, dass es in Zukunft häufiger zu solch internationaler Zusammenarbeit im Falle von Krankheitsausbrüchen kommen wird."

Das NEJM-Paper bietet neue, detaillierte Informationen, um  Forscher und Ärzte bei ihrer Arbeit im Zusammenhang mit dem weiter bestehenden E. coli-Ausbruch in Europa zu unterstützen.

"Es ist sehr spannend, Forschung in diesem Bereich zu betreiben", so Dr. Rasko. "Diese Forschung war für uns eine Chance, dem Institute for Genome Sciences mehr Bedeutung zu verleihen und ein neues  Paradigma zur Erforschung von Mikroben und Krankheitsausbrüchen zu schaffen. Auch für die Genomik als Werkzeug in der Routinediagnose hat das Auswirkungen."

Die University of Maryland School of Medicine wurde 1807 gegründet und ist die erste öffentliche und eine der ersten medizinischen Fakultäten in den Vereinigten Staaten. Als eine der am schnellsten wachsenden Forschungseinrichtungen in den USA führt die School of Medicine Basis-Untersuchungen und medizinische Forschungsprojekte durch, die sich mit der Gesundheit weltweit beschäftigen - und die ihre Ergebnisse so schnell wie möglich an Kliniken weiterleiten, damit die Patienten möglichst schnell davon profitieren. Die School of Medicine dient als Basis eines großen akademischen Gesundheitszentrums. Mitglieder der Fakultät bilden Ärzte aus und behandeln Patienten am University of Maryland Medical Center und dem Baltimore VA Medical Center.