IFoTox-2013

Kongressbericht Interdisciplinary Forum on Toxoplasmosis – IFoTox-2013
Vom 14.-16.03.2013 fand in Göttingen das Interdisciplinary Forum on Toxoplasmosis –
IFoTox-2013 statt. Es war Teil einer Veranstaltungsreihe der Fachgruppe ‚Eukaryotische
Krankheitserreger‘ der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) und
wurde unter anderem auch von der DGP unterstützt. Für Organisation und Durchführung
zeichnete Prof. Carsten Lüder, Institut für Medizinische Mikrobiologie der Universität
Göttingen verantwortlich, die wissenschaftliche Leitung erfolgte durch ihn zusammen mit
Prof. Dirk Schlüter (Magdeburg) und Prof. Frank Seeber (Berlin).
Insgesamt haben 78 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am IFoTox-2013
teilgenommen, darunter 21 eingeladene Sprecherinnen und Sprecher aus Deutschland, dem
europäischen Ausland und Amerika. Die interdisziplinäre Ausrichtung der Veranstaltung
spiegelte sich in dem Spektrum der Teilnehmerinnen und Teilnehmer wieder; Infektions- und
Molekularbiologen, Immunologen und Epidemiologen waren ebenso vertreten wie Kliniker,
Veterinäre, niedergelassene Ärzte und Lebensmittelhygieniker.
David Sibley, St. Louis, USA, gab in einem Eröffnungsvortrag einen Überblick über
Populationsbiologie und Virulenzeigenschaften von Toxoplasma gondii. Molekulargenetische
Eigenschaften von insgesamt etwa 950 Toxoplasma-Stämmen aus unterschiedlichen
Regionen der Welt haben zur Definition von 6 Hauptpopulationsgruppen mit insgesamt 15
sogenannten Haplotypen geführt. Kreuzungsexperimente zwischen Parasiten der drei bisher
am besten untersuchten Genotypen I, II und III haben zur Identifikation von polymorphen
Virulenzfaktoren der Rhoptrien- und Dichte Granula-Proteine geführt, die die
unterschiedliche Virulenz im Mausmodell der Toxoplasmose regulieren. Dabei handelt es
sich um sekretierte Proteine des Parasiten, die in Signalkaskaden der Wirtszelle eingreifen
und damit Immunabwehrmechanismen des Wirtes unterlaufen. Damit gelang es erstmalig,
Virulenzfaktoren von T. gondii überhaupt zu identifizieren und die Regulation von
Wirtsimmunmechanismen als zentralen Faktor der Pathogenese der Toxoplasmose im
Mausmodell darzustellen.
Eskild Petersen, Aarhus, Dänemark, eröffnete die Sektion ‚Klinik der Toxoplasmose‘ mit
einem Vortrag zur kongenitalen Toxoplasmose, die nach wie vor eine der wichtigen
schwangerschaftsrelevanten Infektionen u.a. in Europa darstellt. Ein Vergleich von
pränatalen und neonatalen Toxoplasmose-Screening-Programmen in Europa deutet laut
Petersen auf eine Reduktion von schweren Infektionsverläufen bei pränataler Diagnostik und
möglichst frühzeitiger therapeutischer Intervention im Vergleich zur späteren neonatalen
Diagnostik hin. Allerdings stehen diesem Vorteil unerwünschte Nebeneffekte der
Chemotherapeutika und die Notwendigkeit eines möglichst engmaschigen ScreeningProgramms der Schwangeren gegenüber. Um zumindest die Belastung der Schwangeren
aufgrund einer häufigen Diagnostik zu vermindern, ist die Entwicklung eines zu Hause selbst
durchführbaren Testverfahrens unter Verwendung von Speichelproben laut Petersen
besonders wünschenswert. Diesem Vorschlag konnten sich in der anschließenden
Diskussion nicht alle anschließen. Justus Garweg, Bern, Schweiz, hob hervor, dass die
okuläre Toxoplasmose die wohl wichtigste Komplikation einer Toxoplasma-Infektion im
Erwachsenenalter darstellt und sehr viel häufiger vorkommt als bisher angenommen.
Okuläre Toxoplasmose nach postnatal erworbener Infektion von Immungesunden ist deutlich
häufiger als die okuläre Toxoplasmose nach kongenitaler Infektion. Untersuchungen zur
Pathogenese der Augentoxoplasmose sind nach wie vor dadurch erschwert, dass ein valides
Tiermodell fehlt. Der Einfluss von T. gondii auf das Verhalten seiner Wirte ist wohl eines der
am kontroversesten diskutierten Themen der letzten Jahre auf dem Gebiet der klinischen
Toxoplasmose. Beim IFoTox-2013 wurde das Thema von Jaroslav Flegr, Prag,
Tschechische Republik, einem der Protagonisten der sogenannten Manipulationstheorie,
vertreten. In Mäusen und Ratten ist der Verlust von angeborener Angst vor dem Endwirt von
T. gondii, der Katze, experimentell gut dokumentiert. Verschiedene Studien und
Metaanalysen deuten darüber hinaus aber auch auf Verhaltensänderungen (z.B. verminderte
psychomotorische Aktivität, erhöhtes Risiko, Autounfälle zu verursachen) und eine erhöhte
Anfälligkeit für psychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie in infizierten Menschen hin.
Einschränkend wurde hervorgehoben, dass diese Assoziationsstudien keine Rückschlüsse
auf Ursache und Wirkung zulassen. Inwieweit Dopamin, Testosteron oder ein veränderter
Tryptophanmetabolismus an der Pathogenese dieser möglichen Manifestationen einer
Toxoplasma-Infektion beteiligt sind, bleibt ebenfalls abzuwarten.
Marie-Laure Dardé, Limoges, Frankreich, referierte über den aktuellen Stand zum Einfluss
unterschiedlicher Genotypen von T. gondii auf den Infektionsverlauf im Menschen. Die
Verteilung der heute definierten 15 Haplotypen zeigt deutliche geographische Unterschiede.
Dies hat offensichtlich auch Auswirkungen auf den klinischen Verlauf, da in Südamerika und
Afrika Infektionen, die zu schweren Augenkomplikationen führen, deutlich häufiger
vorkommen als in Europa oder Nordamerika. Dort kommen hauptsächlich Parasiten des
klonalen Typs II vor, die offensichtlich eine geringere Virulenz aufweisen. Interessanterweise
zeigen neuere Studien aus den USA und Frankreich, dass schwere Infektionsverläufe auch
in diesen Regionen häufiger durch Nicht-Typ II-Stämme verursacht werden. Gereon
Schares, Wusterhausen, Deutschland, stellte Daten zur Populationsstruktur von T. gondii in
Hauskatzen, Füchsen und Wildkatzen in Deutschland vor. Analysen von aus Kot dieser Tiere
isolierten Toxoplasma-Parasiten bestätigte eine Dominanz von Typ II-Stämmen in
Deutschland. Interessanterweise wurden in Hauskatzen aber auch atypische Stämme und
ein Typ III-Stamm isoliert. Diese unterschieden sich deutlich in ihrer Virulenz in Mäusen.
In der folgenden Sektion wurden neueste grundlagenwissenschaftliche Erkenntnisse zur
Parasit-Wirt-Interaktion während der Toxoplasmose diskutiert. Dominique Soldati-Favre,
Genf, Schweiz, referierte über die molekularen Mechanismen der aktiven, Parasitengetriebenen Invasion von Wirtszellen durch T. gondii. Neben Motilitäts- und
Invasionsfaktoren wie dem Aktin-Myosin-Motorkomplex, Adhäsinen und Proteasen wurden in
den vergangenen Jahren verschiedene Rhoptrienproteine als wichtige Regulatoren der
Wirtszellinvasion erkannt. Neueste Arbeiten aus dem Soldati-Favre Labor zeigten, dass das
‚Armadillo Repeat Only‘ Protein (TgARO) für das korrekte Targeting der Rhoptrien an den
apikalen Pol des Parasiten essentiell ist. TgARO Knockout Parasiten zeigen daher auch
einen starken Defekt in der Wirtszellinvasion. Carsten Lüder, Göttingen, Deutschland, wies in
seinem Vortrag auf die Bedeutung von Immunevasionsmechanismen von T. gondii hin. Sie
ermöglichen ein Überleben des Parasiten auch in immunkompetenten Wirten und sind für die
Etablierung chronischer Infektionen wahrscheinlich von entscheidender Bedeutung. So ist
der Parasit in der Lage, durch Veränderungen im Wirtszell-Chromatin die Expression von
IFN- -regulierten Genen in infizierten Makrophagen weitgehend zu inhibieren. Während das
hierfür verantwortliche Effektorprotein des Parasiten bisher nicht identifiziert werden konnte,
werden die Immunity-related GTPases (IRGs) und die NF- B-regulierte Genexpression
durch die polymorphen Rhoptrienproteine ROP5 und ROP18 bzw. ROP 16 gehemmt. Jeroen
Saeij, Cambridge, USA, hob in diesem Zusammenhang die Bedeutung von Wirtsspezies
bzw. Wirtsgenotyp hervor. So sind ROP 5 und 18 zwar in Mauszellen, nicht aber in humanen
Zellen entscheidend an der Evasion von Immuneffektormechanismen beteiligt. In Arbeiten
an Lewis-Ratten, die eine sterile Immunität gegenüber Toxoplasma-Infektionen aufweisen,
wurde kürzlich das NLRP1b-Inflammasom als entscheidender Faktor für Resistenz
gegenüber dem Parasiten identifiziert. Dies ist insofern interessant, da NLRP1 auch im
Menschen die Suszeptibilität gegenüber Toxoplasma beeinflusst.
In verschiedenen europäischen Ländern werden nach wie vor kontroverse Konzepte bei
Screening und Therapie von pränatalen Toxoplasma-Infektionen vertreten, wie Francois
Peyron, Lyon, Frankreich, in der Sektion Therapie und Prävention ausführte. Während
Spiramycin trotz geringer mikrobizider Aktivität die Übertragungsrate auf den Fötus
vermindern kann, scheint nach erfolgter pränataler Übertragung eine pränatale Therapie mit
Pyrimethamin und Sulfadiazin die Wahrscheinlichkeit von Folgeschäden zu vermindern.
Auch nach Geburt sollte eine Therapie mit Pyrimethamin und Sulfadiazin für ein Jahr
fortgesetzt werden. Allerdings muss der offensichtlich positive Effekt einer möglichst
frühzeitigen Diagnose der pränatalen Infektion und Initiierung der Therapie der
2
Verunsicherung der Schwangeren gegenübergestellt werden. Frank Seeber, Berlin,
Deutschland, plädierte in seinem Vortrag für Anstrengungen zur Identifikation und
Charakterisierung neuer Targets für die Chemotherapie der Toxoplasmose. Ziel sollte dabei
auch die Eradikation des persistierenden Bradyzoitenstadiums sein, das durch die heute
verfügbaren Chemotherapeutika nicht angreifbar ist. Mit dem Ferridoxin-Redoxsystem und
der Lipoatligase wurden in den letzten Jahren neue potentielle Targets des Parasiten
identifiziert. Wolfgang Bohne, Göttingen, Deutschland, referierte über 1-Hydroxyquinolon
(HDQ) als vielversprechendes mögliches Therapeutikum zur Behandlung der Toxoplasmose.
HDQ und Derivate davon inhibieren verschiedene Targets in T. gondii; u.a. wird die
alternative NADH-Dehydrogenase und damit die Atmungskette des Parasiten sowie die
Dihydroorotat-Dehydrogenase durch HDQs gehemmt. Um bereits die Übertragung von T.
gondii auf den Menschen zu verhindern, plädierte Aize Kijlstra, Lelystad, Niederlande, dafür,
die Anstrengungen für Toxoplasma-freie Lebensmittel zu intensivieren. Obwohl die
Seroprävalenz in Schlachtschweinen in den 60er bis 90er Jahren des letzten Jahrhunderts
deutlich abgenommen hatte, hat der Verbraucherwunsch nach Bio-Schweinefleisch von
entsprechend geführten Bauernhöfen neuerdings wieder zu einer Zunahme der Infektionen
in diesen Tieren geführt. Vor allem Freilufthaltung, Nagetierkontakt, Zugang von Katzen zu
Ställen und Freiflächen, sowie das Verfüttern von nicht-pasteurisierter Schafs- und
Ziegenmilch wurden als wichtige Faktoren für Infektionen von Schlachtschweinen
identifiziert.
Die Systembiologie bietet nach Ansicht von Jonathan Wastling, Liverpool, UK, neue
Möglichkeiten, das Wissen über Toxoplasma selber, aber auch die Parasit-Wirt-Interaktion
entscheidend zu erweitern. Genomdaten von zurzeit drei Toxoplasma-Stämmen sowie Daten
zum Epigenom, Transkriptom, Proteom und Phosphoproteom sind verfügbar
(www.toxodb.org). Aufgrund der heute bekannten größeren Genomvariabilität von T. gondii
(siehe oben) wird zurzeit an der Sequenzierung von ca. 60 weiteren (auch atypischen)
Toxoplasma-Stämmen gearbeitet. Außerdem ist in naher Zukunft die Implementierung von
Wirtstranskriptomen und –proteomen nach Toxoplasma-Infektion in ToxoDB geplant. Damit
steht heute eine Vielzahl von Ressourcen zur Beantwortung neuer und alter Fragen zur
Biologie von Toxoplasma zur Verfügung. William Sullivan Jr., Indianapolis, USA, wies auf die
Bedeutung der Differenzierung zwischen schnell replizierenden Tachyzoiten und langsam
replizierenden und potentiell persistierenden Bradyzoiten für Lebenszyklus und Pathogenese
hin. Die Differenzierung zum Bradyzoitenstadium kann durch Stressfaktoren ausgelöst
werden und geht mit massiven Veränderungen der Histonacetylierung, der Chromatinstruktur
und der Genexpression einher. GCN5-A wurde als wichtige Lysin-Acetyltransferase
identifiziert, die für die Expression von Dreiviertel der Stress-induzierten Gene während der
Bradyzoitenbildung verantwortlich ist. Über die Identifizierung stadienspezifisch exprimierter
Gene in den Sexualstadien von T. gondii berichtete Adrian Hehl, Zürich, Schweiz. Die bisher
wenig untersuchten Katzenstadien wurden zu zwei Zeitpunkten der Merogonie und
Gamogonie
isoliert
und
durch
High-Throughput
RNA-Sequenzierung
deren
Expressionsmuster analysiert. In Merozoiten wurden etwa 700 Gene identifiziert, die
mindestens 4-fach stärker exprimiert werden als in Tachyzoiten. Darunter waren mehrere
Gene, die für Mikronemen-, Rhoptrien- und Dichte-Granula–Proteine kodieren. Unter
anderem wurden auch Merozoiten-spezifische Komponenten der ‚Moving junctions‘
identifiziert. Dies ist ein erster Hinweis auf eine Stadien-spezifische Invasionsmaschinerie,
die u.a. auch die Wirtsspezifität der Sexualstadien von Toxoplasma erklären könnte.
Uwe Groß, Göttingen, Deutschland, gab in seinem Vortrag eine Übersicht über aktuelle
Entwicklungen in der Diagnostik der Toxoplasmose speziell während der Schwangerschaft.
Die Serodiagnostik wird dabei nach wie vor durch persistierende IgM-Antikörper und falsch
positive Reaktionen aufgrund kreuzreagierender Antikörper gegen GPI-Anker des Parasiten
erschwert. Eine Kreuzreaktivität kann durch ISAGA mit Gesamtparasiten oder durch
Verwendung rekombinanter Proteine vermieden werden. Eine Infektion in utero kann durch
eine IgM/IgA-Diagnostik von Nabelschnurblut identifiziert werden, allerdings ist die
Sensitivität dieser Methode gering. Eine Neuentwicklung mit guter Sensitivität und Spezifität
ist die Messung der IFN-γ-Produktion nach Restimulation von T-Zellen in Vollblut mit
3
Toxoplasma-Antigen in vitro. Allerdings muss das Blut innerhalb von 3 Stunden verarbeitet
werden. Inzwischen liegen auch erste Erfahrungen mit MALDI-Tof und Scintigraphie mit Iodmarkiertem Pyrimethamin zum direkten Erregernachweis vor. Um die Bedeutung
unterschiedlicher Toxoplasma-Stämme für den Infektionsverlauf bestimmen zu können,
stellte Michael Grigg, Bethesda, USA, das Serotyping als vielversprechende und wenig
invasive Methode vor. Sie basiert auf dem Nachweis von anti-Toxoplasma Antikörpern, die in
einem Microarray an Genotyp-spezifische Peptide binden. Allerdings ist durch diese
Methode bisher nur die Infektion mit einer begrenzten Anzahl von Toxoplasma-Stämmen
eindeutig zu identifizieren. Die Methode hat aber bereits zu der Erkenntnis geführt, dass ca.
10% der Fälle von Augentoxoplasmose in den USA durch Typ III-Stämme hervorgerufen
werden. Auch die Bedeutung des Infektionsstadiums, also Oozysten einerseits und
Bradyzoiten-haltige Gewebezysten andererseits, für den Infektionsverlauf rückt neuerdings in
den Vordergrund. Dies wird durch neu entwickelte Methoden zur Unterscheidung einer
Oozysten- bzw. Gewebezysteninfektion möglich.
Dirk Schlüter, Magdeburg, Deutschland, referierte in der Sektion Immunologie über zerebrale
Immunantworten während der Toxoplasmose. Er hob in diesem Zusammenhang hervor,
dass Gewebezysten im Gehirn von Patienten mit zerebraler Toxoplasmose kaum zu finden
sind. Im Mausmodell der zerebralen Toxoplasmose wurden vor allem CD4+ und CD8+ TZellen, Astrozyten und Mikroglia als wichtige Zelltypen für eine intrazerebrale
Parasitenkontrolle identifiziert. Interessanterweise spielt für die Aktivierung von T-Zellen und
die T-Zell-vermittelte Parasitenkontrolle speziell im Gehirn PKCθ eine zentrale Rolle. Damit
Astrozyten zu einer effektiven Parasitenabwehr im Gehirn beitragen können, ist die Expression von gp130, dem Signal-übertragenden Protein der IL-6-Rezeptorfamilie, notwendig.
Organ-spezifische Immunreaktionen scheinen auch während der kongenitalen und okulären
Toxoplasmose von Bedeutung zu sein, wie Ermanno Candolfi, Strasbourg, Frankreich,
ausführte. Der Toxoplasma-induzierte Abort wird zumindest im Tiermodell vor allem durch
eine lokale Entzündungsreaktion mit IFN-γ- und IL-15-Produktion sowie Apoptose von
Trophoblastzellen reguliert. Interessanterweise sind Toxoplasmen in der Plazenta aber kaum
detektierbar. Dagegen ist die Augentoxoplasmose im Menschen zumindest in Europa vor
allem durch hohe IL-17-Konzentrationen im Augenkammerwasser charakterisiert. Auch im
Mausmodell der Augentoxoplasmose ist IL-17 an der Induktion von Immunpathologie
beteiligt, und neutralisierende Antikörper gegen IL-17A zeigen einen positiven Effekt auf den
Verlauf der Erkrankung. IL-17 könnte damit zukünftig als möglicher prognostischer Marker
und als Target einer unterstützenden Therapie Bedeutung erlangen. Die zentrale Bedeutung
von inflammatorischen Makrophagen während akuter Infektionen mit T. gondii wurde von
Ildiko R. Dunay, Magdeburg, Deutschland, hervorgehoben. So sind CX3CR1low, CCR2+,
Gr1+, Ly6C+ Makrophagen maßgeblich an der lokalen Infektabwehr im Dünndarm nach
oraler Infektion von C57BL/6 Mäusen beteiligt. Außerdem weisen CCR2-/- Knockout-Mäuse
auch eine hohe Anzahl von Gewebezysten im Gehirn auf. Die Depletion von Ly6Chigh
Monozyten während der Toxoplasma-Enzephalitis führt ebenfalls zum Tod der Tiere. Diese
Daten zeigen, dass die Einwanderung inflammatorischer Makrophagen in das ZNS auch zur
Parasitenkontrolle in diesem Organ beitragen dürfte. Inwieweit sich diese Ergebnisse auf den
Menschen übertragen lassen, bleibt abzuwarten.
In einer abschließenden Bewertung des IFoTox-2013 hob Carsten Lüder, Göttingen,
Deutschland, hervor, dass Anstrengungen einer Vielzahl von Forschungslaboren weltweit in
den vergangenen 10 Jahren zu großen Fortschritten im Verständnis der Biologie von
Toxoplasma und der Interaktion mit dem Wirt, vor allem der Maus, geführt haben. In Bezug
auf ein verbessertes klinisches Management und ein größeres Verständnis des
Infektionsverlaufes im Menschen hob er ebenfalls Fortschritte der jüngsten Vergangenheit
hervor, mahnte aber auch vor allem in diesem Zusammenhang zusätzliche Anstrengungen in
folgenden Bereichen an:
 Untersuchungen zur Pathogenese in anderen Tiermodellen als Inzuchtmäusen, um
Wirtsfaktoren zu identifizieren, die den Verlauf der Toxoplasmose im Menschen
beeinflussen (z.B. Ratten, Wildmäuse).
4
 Weiterentwicklung gering-invasiver Diagnostika, um zwischen Infektionen mit Parasiten unterschiedlichen Genotyps differenzieren zu können. Dies könnte zukünftig
dann möglicherweise als prognostischen Marker für schwere Krankheitsverläufe
genutzt werden.
 Weiterentwicklung und Anwendung von diagnostischen Methoden, um zwischen
Infektionen mit Oozysten bzw. Gewebezysten differenzieren zu können, um deren
möglichen Einfluss auf den Infektionsverlauf bestimmen zu können.
 Entwicklung von Diagnostika zur frühen und einfachen ‚Heimdiagnostik‘ z.B. unter
Verwendung von Speichel. Dies wäre vor allem für die so wichtige Früherkennung
von Infektionen während der Schwangerschaft notwendig, ohne die werdende Mutter
durch ein engmaschiges Screening zu beunruhigen.
Die Resonanz auf das IFoTox-2013 war durchweg sehr positiv. Die Teilnehmerinnen und
Teilnehmer lobten die hohe wissenschaftliche Qualität der Tagung, die wesentlich von dem
international renommierten Kreis von Sprecherinnen und Sprechern bestimmt wurde. Die
Interdisziplinarität der Themengebiete förderte einen intensiven wissenschaftlichen
Meinungsaustausch zwischen Grundlagenwissenschatlern, Klinikern und Veterinären. Und
das Tagungsprogramm und die Organisation boten genügend Möglichkeiten, den
wissenschaftlichen Austausch über Fächergrenzen hinweg zu fördern.
Das IFoTox-2013 wurde finanziell von der DFG (LU777/7-1), der DGHM-Fachgruppe
‚Eukaryotische Krankheitserreger‘ und durch Industriesponsoring unterstützt.
Carsten Lüder, Göttingen
5