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
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