Die Zoonose Botulismus - Gesundheitsforschung
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BOTULIN OM Helge Böhnel und Frank Gessler 1 Die Zoonose Botulismus. Der Weg des Botulinum-Toxins von der Bakterie in die Zielzelle BOTULIN OM Vorhaben im BMBF-Förderschwerpunkt „Forschungsverbünde zu zoonotischen Infektionskrankheiten“ 2007-2010 2 Botulismus betrifft zumindest alle warmblütigen Tiere und Mensch Botulismus ist eine Zoonose EU-Richtlinie 2003/99 von 2003 Botulismus 3 Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Clostridium botulinum und Botulismus – One Health Prototyp 4 + Botulinum-(Neuro)toxine c anaerober, gram+ Sporenbildner MM 150.000 – Zn-Metalloprotease 4 phänotypische Gruppen Gruppe I – proteolytisch A, B, F Gruppe II – nicht proteolytisch B, E, F Gruppe III – Typen C und D Gruppe IV – Typ G Typ A Typ B Typ C Typ D Typ E Typ F Typ G Typ H Clostridium botulinum und Botulinum-(Neuro)toxine – – – – – – – – SwissProt Clostridium botulinum A1 bis A5 (A7?) B1 bis B6 C1, C/D D, D/C E1 bis E6 F1 bis F7 ?? 5 + Botulinum-(Neuro)toxine SwissProt Clostridium botulinum c anaerober, gram+ Sporenbildner MM 150.000 – Zn-Metalloprotease 4 phänotypische Gruppen Gruppe I – proteolytisch A, B, F Gruppe II – nicht proteolytisch B, E, F Gruppe III – Typen C und D Gruppe IV – Typ G Typ A Typ B Typ C Typ D Typ E Typ F Typ G Typ H Clostridium botulinum und Botulinum-(Neuro)toxine – – – – – – – – A1 bis A5 (A7?) B1 bis B6 C1, C/D D, D/C E1 bis E6 F1 bis F7 ?? 6 + Botulinum-(Neuro)toxine SwissProt Clostridium botulinum c anaerober, gram+ Sporenbildner MM 150.000 – Zn-Metalloprotease 4 phänotypische Gruppen Gruppe I – proteolytisch A, B, F Gruppe II – nicht proteolytisch B, E, F Gruppe III – Typen C und D Gruppe IV – Typ G Typen A bis H, zahlreiche Subtypen Clostridium botulinum und Botulinum-(Neuro)toxine weitere Toxine C2 – ADP-Ribosylase -> Aktin C3 – ADP-Ribosylase -> Rho A, B und C 7 150 kD subunit Lee et al., PLOS pathogens, 2013 Botulinum-Neurotoxin Typ A Komplex 8 S-S S-S Neurozelluläre Wirkung der Botulinum-Neurotoxine 9 Foto: I. Dutra akut Intoxikation Botulismus Foto: B. Schwagerick chronisch Toxikoinfektion 10 akut Intoxikation Tony ‘Baloney‘ Juliano Botulismus chronisch Toxikoinfektion Foto: CDC, Atlanta 11 Botulinom: Projektpartner 12 Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Clostridium botulinum und Botulismus – One Health Prototyp 13 Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Clostridium botulinum und Botulinum-Neurotoxine 14 Prof. Dr. H. Böhnel 3046 Referenzstämme und Feldisolate, davon 185 ursprünglich als Clostridium botulinum typisiert Clostridium botulinum 15 Prof. Dr. H. Böhnel 3046 Referenzstämme und Feldisolate, davon 185 ursprünglich als Clostridium botulinum typisiert Stabilisierung und Identifizierung der Stämme Clostridium botulinum 16 Prof. Dr. H. Böhnel 3046 Referenzstämme und Feldisolate, davon 185 ursprünglich als Clostridium botulinum typisiert Stabilisierung und Identifizierung der Stämme Toxingensequenzierung, Toxizitätsprüfung und Typisierung bei Clostridium botulinum-Stämmen Clostridium botulinum 17 Prof. Dr. H. Böhnel 3046 Referenzstämme und Feldisolate, davon 185 ursprünglich als Clostridium botulinum typisiert Stabilisierung und Identifizierung der Stämme Toxingensequenzierung, Toxizitätsprüfung und Typisierung bei Clostridium botulinum-Stämmen Multiplex-PCR zur einfachen und schnellen Differenzierung der C/D-Mosaikstämme C1 C1/D D D/C1 Weitergabe der Stammsammlung an Prof. Rodloff, Leipzig Clostridium botulinum 18 Prof. Dr. A. Tauch Genomsequenzierung und Annotation Clostridium botulinum Typ C, Stamm IBT 2300 (Datenbank GenDB) Clostridium botulinum und Botulinum-Neurotoxine 19 Prof. Dr. A. Tauch Prof. Dr. K. Aktories Genomsequenzierung und Annotation Clostridium botulinum Typ C, Stamm IBT 2300 (Datenbank GenDB) „neues“ C2-Toxin identifiziert (um 129 Aminosäuren verlängert) Clostridium botulinum und Botulinum-Neurotoxine 20 Prof. Dr. A. Tauch Prof. Dr. K. Aktories Genomsequenzierung und Annotation Clostridium botulinum Typ C, Stamm IBT 2300 (Datenbank GenDB) „neues“ C2-Toxin identifiziert (um 129 Aminosäuren verlängert) Sterthoff et al., Infect. Immun., 2010 Clostridium botulinum und Botulinum-Neurotoxine 21 Prof. Dr. K. Aktories Glu399, Asp426, Phe428 von Bedeutung für die Bindung von C2II und die Translokation der enzymatischen Komponente C2I ins Zytosol Lang et al., Biochem., 2008 Neumeyer et al., J. Biol. Chem., 2008 C2-Toxin 22 Prof. Dr. K. Aktories Glu399, Asp426, Phe428 von Bedeutung für die Bindung von C2II und die Translokation der enzymatischen Komponente C2I ins Zytosol C2 führt zur Bildung einer netzartigen Struktur von Protrusionen -> deutliche Zunahme der Bakterienadhäsion am Modell Clostridium difficile Schwan et al., PLOS Pathogen, 2009 C2-Toxin 23 Prof. Dr. A. Tauch Genomsequenzierung und Annotation Clostridium botulinum Typ C, Stamm IBT 2300 (Datenbank GenDB) „neues“ C2-Toxin identifiziert (um 129 Aminosäuren verlängert) Metagenomanalyse Gärrestprobe Clostridium botulinum und Botulinum-Neurotoxine 24 Prof. Dr. H. Bigalke/Dr. A. Rummel BoNT/C1 besitzt zwei neuartige GangliosidBindungstaschen Strotmeier et al., Mol. Microbiol., 2011 Strotmeier et al., Biochem. J., 2010 Rummel et al. , J. Neurochem., 2009 Botulinum-Neurotoxine C und D 25 Prof. Dr. H. Bigalke/Dr. A. Rummel BoNT/C1 besitzt zwei neuartige GangliosidBindungstaschen BoNT/D Gangliosidbindungstasche homolog TeNT, weitere Tasche an Position wie BoNT/A, B, E, F und G, AS abweichend Strotmeier et al., Mol. Microbiol., 2011 Strotmeier et al., Biochem. J., 2010 Rummel et al. , J. Neurochem., 2009 Botulinum-Neurotoxine C und D 26 Prof. Dr. H. Bigalke/Dr. A. Rummel BoNT/C1 besitzt zwei neuartige GangliosidBindungstaschen BoNT/D Gangliosidbindungstasche homolog TeNT, weitere Tasche an Position wie BoNT/A, B, E, F und G, AS abweichend neuronale Aufnahme wahrscheinlich über 2 Rezeptoren humantoxisch nach parenteraler Applikation Inhalation? Botulinum-Neurotoxine C und D 27 Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Clostridium botulinum und Botulismus 28 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl DNA-Mikroarray zur Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten 29 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl ELISA zum AK-Nachweis DNA-Mikroarray zur Tier und Mensch Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Mawhinney et al., Vet. J., 2012 Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten 30 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl ELISA zum AK-Nachweis DNA-Mikroarray zur Tier und Mensch Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Multiplex Biochip zum Toxinnachweis Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten 31 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl ELISA zum AK-Nachweis DNA-Mikroarray zur Tier und Mensch Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Multiplex Biochip zum Toxinnachweis qPCR Toxingene, Multiplex Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten 32 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler ELISA zum AK-Nachweis DNA-Mikroarray zur Tier und Mensch Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Multiplex Biochip zum Toxinnachweis Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl ELISA zum AK-Nachweis Tier und Mensch qPCR Toxingene, Multiplex Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten 33 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler ELISA zum AK-Nachweis DNA-Mikroarray zur Tier und Mensch Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Multiplex Biochip zum Toxinnachweis Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl ELISA zum AK-Nachweis Tier und Mensch ELISA zum Toxinnachweis qPCR Toxingene, Multiplex Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten 34 Dr. C. Seyboldt PD Dr. F. Gessler ELISA zum AK-Nachweis DNA-Mikroarray zur Tier und Mensch Detektion und Typisierung von Clostridium botulinum Multiplex Biochip zum Toxinnachweis qPCR Toxingene, Multiplex Verbesserung der labordiagnostischen Möglichkeiten Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl ELISA zum AK-Nachweis Tier und Mensch ELISA zum Toxinnachweis Pansenmikroflora Dysbiose 35 PD Dr. F. Gessler Dr. R. Merle Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl orientierende Fall-Kontroll-Studie 36 PD Dr. F. Gessler Dr. R. Merle Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl orientierende Fall-Kontroll-Studie in Zusammenarbeit mit RGD M-V Dr. B. Schwagerick 37 PD Dr. F. Gessler Dr. R. Merle Prof. Dr. M. Krüger, PD Dr. W. Schrödl orientierende Fall-Kontroll-Studie 38 Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Clostridium botulinum und Botulismus 39 Prof. Dr. D. Dressler ca. 60 Personen aus Verdachtsbetrieben voruntersucht 30 Personen weitergehend untersucht 10 Personen detailliert an MHH untersucht + 20 Personen aus Spontananmeldungen detailliert an MHH untersucht 5 Fälle mit chronischem Botulismus Botulismus beim Menschen 40 Inhibitoren enterale Resorption/Inhalation C2 bei Resorption/Infektion Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Zusammenfassung und Ausblick 41 Inhibitoren enterale Resorption/Inhalation C2 bei Resorption/Infektion Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Prävalenz Fall-/Kontrollstudie Diagnose/Faktoren Übertragungswege Therapie/Prävention Wirtschaftsdünger Lebensmittelsicherheit Zusammenfassung und Ausblick 42 Inhibitoren enterale Resorption/Inhalation C2 bei Resorption/Infektion Nosologie Epidemiologie Transmission Therapie/Prävention Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Prävalenz Fall-/Kontrollstudie Diagnose/Faktoren Übertragungswege Therapie/Prävention Wirtschaftsdünger Lebensmittelsicherheit Zusammenfassung und Ausblick 43 Inhibitoren enterale Resorption/Inhalation C2 bei Resorption/Infektion Nosologie Epidemiologie Transmission Therapie/Prävention Clostridium botulinum + Botulinum-Neurotoxine Prävalenz Interaktionen Zusammenfassung und Ausblick Prävalenz Fall-/Kontrollstudie Diagnose/Faktoren Übertragungswege Therapie/Prävention Wirtschaftsdünger Lebensmittelsicherheit 44 Forschungsvorhaben gefördert aus Mitteln des BMBF Zoonosen Dermot Seymour Botulism over Mullaghcreevy, 1985 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 45
