Das Seuchen-Radar

Eine globale Datenbank soll helfen, Krankheitserreger rascher zu identifizieren und Seuchen vorzubeugen. Sie verknüpft Erbgutdaten der Keime mit deren Verbreitung.

Um sicher an sein Ziel zu kommen, tüftelt Jørgen Schlundt seit einem Jahr an einem Radar. Dabei arbeitet der Däne weder als Kapitän noch als Pilot – und muss auch keine Kollisionen mit Schiffen oder Flugzeugen vermeiden. Der Vize-chef des Nationalen Lebensmittelinstituts an der Technischen Universität von Dänemark ist etwas deutlich Kleinerem mit deutlich größerem Gefahrenpotenzial auf der Spur: Krankheitserregern. Schlundt will sie so rechtzeitig erkennen und bekämpfen, dass Seuchen wie Grippe, Tuberkulose oder Lebensmittelvergiftungen keine Chance mehr haben.

Deshalb bauen Schlundt und sein Team derzeit eine globale Datenbank auf, die Erbgutdaten aller wichtigen Virus- und Bakterientypen mit deren geografischem Auftreten koppelt. Die Idee dahinter: Melden Ärzte oder Behörden einen neu auftretenden Erreger, soll ein Vergleich mit den in der Datenbank gespeicherten Gendaten dessen Gefährlichkeit und Ausbreitung anzeigen. Gelänge es, Infektionsketten oder Epidemien direkt im Keim zu ersticken, könnten nicht nur Menschen geschützt, sondern auch immense Kosten gespart werden: Auf rund 275 Millionen Euro belaufen sich die Aufwendungen Deutschlands allein für die EHEC- Epidemie, bei der mit dem gefährlichen Darmkeim verseuchte Nahrungsmittel zu schweren Gesundheitsschäden führten.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie, die durch den Dänischen Rat für Strategische Forschung mit fünf Millionen Euro unterstützt wird, soll nun eine Pilotdatenbank mit 100.000 Erregersequenzen aufgebaut und eine entsprechende Auswertungssoftware entwickelt werden. Mit dabei sind auch Forscher der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der US-Seuchenbehörde CDC.

Möglich wird das Projekt durch die neuen DNA-Sequenziermaschinen der zweiten Generation, bislang vor allem im Zusammenhang mit der personalisierten Medizin bekannt. Sie arbeiten sehr schnell und immer kostengünstiger. An einem einzigen Tag liefern sie ein Erreger-Genom, das alle die für Epidemiologen wichtigen Informationen enthält: Wie ansteckend ein Erreger ist, welche genetischen Variationen ihn gefährlich machen oder gegen welche Medikamente er resistent ist.

Wenn Schlundt von seiner Idee erzählt, klingt das Weitere ganz einfach: "Sobald die DNA-Probe sequenziert ist, kann die Basenabfolge per Smartphone an die Datenbank gesendet werden. In Minuten liegen dort sowohl die Erregeridentität als auch zusätzliche Details wie Antibiotika-Resistenzen vor." Koppele man dann die genetischen Daten an ein Geoinformationssystem, das die vom Arzt mitgesandten Koordinaten und medizinischen Daten in eine Art Landkarte umrechnet, könne das Seuchen-Radar die Ausbreitung zeitnah verfolgen.

"Der Sequenzierung gehört die Zukunft", sagt auch Dag Harmsen von der Universität Münster. "Die Daten bieten einfach mehr Informationen als die bisher genutzten Typisierungsmethoden." Im Rahmen des Anfang 2012 gestarteten EU-Projekts "Patho-NGen-Trace" erproben Harmsen und 15 Forscherkollegen Methoden, um antibiotikaresistente Staphylokokken, therapieresistente Tuberkulose-Erreger und berüchtigte Krankenhauskeime per Sequenzierung zu diagnostizieren und ihre Ausbreitung zu überwachen. Für Erreger von Hirnhautentzündungen hat Harmsen bereits 2008 ein Geoinformationssystem entwickelt: Forscher des Nationalen Referenzzentrums für Meningokokken speisen die per DNA-Sequenzierung gewonnenen Daten des Erregers und dessen Ausbreitung ein, und eine Software erstellt daraus eine Verbreitungskarte. Nächstes Jahr wollen die Forscher einen verbesserten Prototyp für Mediziner zugänglich machen – das wäre weltweit die erste Datenbank ihrer Art.

Um die Ausbreitung einer Krankheit mittels Erreger-Erbdaten an ihren Ursprung zurückzuverfolgen, nutzen die Mikrobenjäger eine einfache Beobachtung: Bei jeder Zellteilung treten einige Mutationen auf. Jeder Patient trägt also Bakterien in sich, deren Erbgut sich von dem anderer Infizierter leicht unterscheidet. Anhand dieser Veränderungen lässt sich der Infektionsweg fast live verfolgen. Das gelang den Forschern von Patho-NGen-Trace erstmals 2011 bei dem gefährlichen Krankenhauskeim Klebsiella pneumoniae.

Schlundt, Harmsen und ihren Mitstreitern geht es jedoch um mehr, nämlich um die Vorhersage der Erregerverbreitung. Je mehr Verteilungsmuster ausgewertet werden, desto mehr wächst der Datenschatz als Basis für die bioinformatisch zu ermittelnde Verbreitungsvorhersage.

Ab 200 Euro pro Erbgut rechnet sich die Analyse für Krankenhäuser. "In ein paar Jahren werden fast alle größeren Kliniken solche Geräte haben", prognostiziert Harmsen optimistisch. Dann könnten genügend Diagnostiker die Datenbanken mit Erregersequenzen füttern, um das angepeilte Ziel mittels des Mikrobenradars zu erreichen: möglichst viele Menschen vor Epidemien zu bewahren. (bsc)