Molekulare Epidemiologie von Mycobacterium avium

Molekulare Epidemiologie von Mycobacterium avium : Vergleichende Untersuchung
von Isolaten aus landwirtschaftlichen Nutztieren und dem Menschen
Möbius P.1, Martin G.†1, Lentzsch P.2, Naumann L.3, Moser I. 1, Erler W.1
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Bundesforschungsanstalt für Viruskrankheiten der Tiere, Standort Jena
ZALF, Institut für Primärproduktion und Mikrobielle Ökologie, Müncheberg
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Bayrisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, Regensburg
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Bakterien der Spezies Mycobacterium (M.) avium gehören zu den nichttuberkulösen
Mykobakterien und sind ubiquitär verbreitet. Sie verursachen tuberkuloseähnliche
Erkrankungen bei Menschen und Vögeln, sowie Mykobakteriosen bei Haus- und Wildtieren.
Durch die gestiegene Anzahl von Personen mit geschwächtem Immunsystem (AIDS- und
Tumor-Patienten) haben M.-avium-Erkrankungen weltweit stark an Bedeutung gewonnen. In
Deutschland ist bei Schlachtschweinen ein sehr häufiges Vorkommen von durch M. avium
verursachten Lymphknotenveränderungen nachweisbar. Mit Lebensmitteln vom Schwein
übertragene M.-avium-Stämme werden deshalb als mögliche Infektionsquelle für den
Menschen diskutiert.
Das Ziel unserer Untersuchungen war es, epidemiologische Zusammenhänge zwischen
M.-avium -Stämmen von landwirtschaftlichen Nutztieren (Schwein und Rind) und
menschlichen M.-avium-Stämmen aufzuklären. Insgesamt wurden 105 humane und animale
Isolate aus verschiedenen Regionen Deutschlands mit einem System verschiedener PCRReaktionen eindeutig als M. avium ssp. avium bzw. M. avium ssp. hominissuis identifiziert.
Die anschließende Genotypisierung dieser Stämme erfolgte durch die Analyse des
Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus (RFLP) für die Insertionssegmente IS1245 und
IS901 und der Analyse von Pulsfeld-Gelelektrophorese-Mustern (PFGE). Die DNAFragmentmuster wurden mit der Computersoftware Gelcompare II, Version 2.5 (Applied
Maths, Belgium) analysiert und es wurden Dendrogramme zur Darstellung der genetischen
Ähnlichkeit mit dem Algorithmus nach WARD erstellt. Durch Anwendung der JacknifeStatistik konnte die Homogenität der Isolate aus den einzelnen Wirten berechnet und in
Bezug auf epidemiologische Zusammenhänge interpretiert werden.
Beim Vergleich der IS1245-RFLP-Muster ergaben sich zwei große Gruppen. In der ersten
Gruppe mit sehr heterogenen vielbändigen Mustern waren alle humanen und 50% der
animalen Isolate enthalten - auf verschiedene Subgruppen verteilt. Die Isolate waren alle
IS901-negativ und gehören der Subspezies M. avium ssp. hominissuis an. Die zweite
Gruppe zeigte zwei- und dreibändige Muster (Vogel-Typ), umfasste 25% der gesamten
Proben und enthielt nur Isolate vom Schwein und vom Rind. Diese Isolate waren alle IS901positiv und damit Vertreter der Subspezies M. avium ssp. avium. Unter den 56 untersuchten
menschlichen Isolaten konnte kein einziger M. avium ssp. avium-Stamm gefunden werden.
Beide Typisierungsmethoden (RFLP und PFGE) zeigten hinsichtlich der statistisch
ableitbaren epidemiologischen Verknüpfungen ähnliche Ergebnisse. Ein Vergleich der
Einzelanalysen der Subspezies erbrachte dabei völlig verschiedene Verknüpfungen
zwischen den Wirtsgruppen, so dass eine Untersuchung bezüglich epidemiologischer
Zusammenhänge immer auf der Ebene der Subspezies ssp. avium und ssp. hominissuis
durchgeführt werden muss.
M. avium ssp. hominissuis: Im Gegensatz zu den tierischen Stämmen wiesen die
menschlichen Stämme der Subspezies hominissuis eine hohe Homogenität auf, je nach
statistischem Verfahren zwischen 51 – 69%. Aus den Jacknife-Analysen beider Genotypisierungs-Methoden lässt sich ableiten, dass menschentypische Stämme auf Schweine
und Rinder übertragen werden können. So würde der Mensch direkt und indirekt über die
Umwelt die Mykobakterien-Population der Schweine und Rinder beeinflussen. Aus der
Datenanalyse ergibt sich weiterhin, dass der Mensch sich über Schwein und Rind mit
humanen Stämmen reinfizieren könnte. Eine Infektion mit schweine- oder rindertypischen
Stämmen erscheint bei Menschen mit direktem Tierkontakt möglich. Die Wahrscheinlichkeit
einer gegenseitigen Übertragung dieser Bakterien zwischen Schwein und Rind ist sehr
gering und nicht von Umwelteinflüssen separierbar.
M. avium ssp. avium: Die Jacknife-Kalkulation zeigte eine hohe interne Gruppenstabilität der
Schweinestämme, aber keine spezifischen Rinderstämme. Eine Übertragung von Schweinestämmen auf Rinder ist direkt und indirekt über die Umwelt möglich. Da bei den humanen
Stämmen kein Mycobacterium avium ssp. avium nachgewiesen werden konnte, ist der
Infektionsweg von Schwein und Rind zum Menschen eher unwahrscheinlich.
Danksagung: Für die Anzüchtung und Kultivierung der Mykobakterien-Stämme möchten wir
Renate Putsche, für die exzellente technische Durchführung der RFLP und der PFGE Jutta
König, Michaela Ganß und Mandy Werner recht herzlich danken.