Bakterien-AnalyseEin ganzes Ehec-Erbgut in 62 Stunden

Den Ursprung einer Epidemie künftig schneller finden – das ist ein Ziel Münsteraner Forscher, die das Ehec-Genom jetzt in Rekordzeit entziffert haben. von 

Ehec Genom Analyse Erbgut

Bakterienprobe in der Petrischale: Ein Labormitarbeiter testet, ob ein Patient mit dem aktuellen Ehec-Erreger infiziert ist.  |  © Sean Gallup/Getty Images

Es scheint, als sei das Genom des Darmkeims Ehec schon x-mal entziffert worden. Tatsächlich analysierten Wissenschaftler schon viele Male das Erbgut des gefährlichen Erregers, der die bislang schwerste Epidemie seiner Art in Deutschland auslöste. Doch nie so genau und rasch wie Forscher der Universität Münster. Ihre im Online-Magazin Plos One veröffentlichte Untersuchung entlockt dem Bakterien-Genom nun neue Details und zwei wichtige Erkenntnisse.

Zum einen wissen die Forscher jetzt, warum bei einer Ehec-Infektion – anders als zum Beispiel im Fall von Salmonellen – sehr wenige Bakterien ausreichen, um schwere Symptome auszulösen. Der Erreger vom Typ O104:H4 ist besonders säureresistent. Deshalb kann ihm die Magensäure wenig anhaben. Hat sich jemand angesteckt, überleben die Bakterien auf ihrem Weg in den Darm und setzen dort Giftstoffe frei: Im schlimmsten Fall hören die Nieren auf zu arbeiten. Lähmungen, Sprach- und Sehstörungen wie nach einem Infarkt können dazukommen.

Anzeige

Zum anderen hat die Arbeitsgruppe aus Münster das Erbgut des Keims in Rekordzeit entziffert. "Wir brauchten im Juni gerade einmal 62 Stunden, bis die komplette Analyse fertig war", sagte der Mikrobiologe und Spezialist für Sequenzierungstechnik Dag Harmsen ZEIT ONLINE. "Inzwischen funktioniert das sogar in knapp zwei Tagen."

Ehec-Bakterien

Im menschlichen Darm wimmelt es von Mikroorganismen und Bakterien. Das ist nicht ungewöhnlich. Viele Keime unterstützen möglicherweise die Verdauung von Nahrung oder die Abwehr von Krankheitserregern. Sehr häufig sind Escherichia coli im Darm zu finden.

Infografik Ehec
Wie funktioniert der der Ehec-Keim, wie infiziert er Menschen und was richtet er im Körper an? Klicken Sie auf das Bild, um die Infografik als PDF herunterzuladen.

Klicken Sie auf das Bild, um die Infografik als PDF herunterzuladen.  |  © Helen Gruber

Ehec-Bakterien (enterohämorrhagische Escherichia coli) hingegen bilden einen mitunter gefährlichen Stamm von E.coli. Sie können Giftstoffe, vor allem das Shigatoxin, produzieren. Nisten sich Ehec-Keime im Darm ein, etwa in der Schleimhaut, dringt das Gift in die Zellen der inneren Darmwand ein und zerstört Gefäße. In Deutschland sind derzeit 42 Stämme des Ehec-Erregers bekannt.

Der Ausbruch im Frühjahr 2011 verlief sehr ungewöhnlich. Der umgehende Keim ähnelt bekannten Ehec-Erregern kaum. Normalerweise erkranken vor allem Kleinkinder im Alter von durchschnittlich drei Jahren. Schwere Krankheitsverläufe sind sehr selten.

Der durch verkeimte Sprossen verbreitete Erreger vom Typ O104:H4 (HUSEC041) ist besonders aggressiv und löst relativ häufig das hämolytisch-urämischen Syndrom (Hus) aus – die schwerste Komplikation der Darminfektion.

Erkrankung

Wer sich mit Ehec-Bakterien infiziert, muss nicht zwangsläufig erkranken. Oft kommt es aber etwa drei Tage nach der Ansteckung zu wässrigen Durchfällen. Zwei Drittel der Erkrankten scheiden nach weiteren zwei bis drei Tagen blutigen Stuhl aus.

Begleitet wird die Erkrankung von Übelkeit, Erbrechen und Bauchschmerzen. Auch Fieber ist möglich, aber seltener.

Während vergangener Ehec-Ausbrüche entwickelten etwa zehn bis zwanzig Prozent der Erkrankten einen schweren Verlauf. Wer unter Durchfall und Blut im Stuhl leidet, sollte sofort einen Arzt aufsuchen.

Eine Woche nach Beginn der Durchfälle kann es zum gefährlichen hämolytisch-urämischen Syndrom (Hus) kommen. Blutige Entzündungen der Darmschleimhaut treten auf, die für die Blutgerinnung notwendigen Thrombozyten verringern sich, Giftstoffe sammeln sich im Körper, Gefäße werden zerstört. Im schlimmsten Fall versagen die Nieren, es kommt zu Blutgerinnseln im Hirn. Hus trifft in der Regel nur etwa jeden zehnten Erkrankten. Die Sterberate liegt in dieser Akutphase bei zwei Prozent der Betroffenen.

Ansteckung

Ehec-Bakterien gibt es überall auf der Welt. Infektionen mit dem Erreger sind seit dem Jahr 2001 in Deutschland meldepflichtig, sofern sie bemerkt werden. Seither übermittelten die Gesundheitsämter bundesweit jährlich zwischen 925 und 1183 Ehec-Erkrankungen an das zuständige Robert Koch-Institut (RKI) in Berlin.

Ehec-Erreger kommen vor allem im Darm von Wiederkäuern wie Rindern, Schafen und Ziegen vor. Allerdings wurden sie auch schon im Darmtrakt von Schweinen, Hirschen und Rehen nachgewiesen. Der jetzt grassierende Stamm wurde bisher aber nicht in Tieren nachgewiesen.

Die Erreger sind sehr umweltresistent und können bis zu ein Jahr lang außerhalb des Darms überleben. Zudem reichen nur wenige Dutzend Keime aus, um sich zu infizieren.

Für Ehec-Ausbrüche kommen zahlreiche Infektionsquellen in Betracht: Rohmilch und Rohmilchkäse sowie rohe Wurstprodukte oder zu kurz gegartes Fleisch. Verunreinigtes Obst und Gemüse kann die Quelle sein, oder andere ungekochte Lebensmittel.

Ehec-Bakterien können auch beim Düngen mit Gülle auf Nahrungsmittel gelangen. Bei den meisten bisherigen Krankheitsausbrüchen konnte die Infektionsquelle nicht gefunden werden.

Im aktuellen Fall waren Sprossen mit dem Erreger kontaminiert. Die Spur der Samen führt nach Ägypten. Wie der Keim aus dem Darm von Tieren auf diese Samen gelangt sein kann, ist noch immer unbekannt.

Behandlung

Mediziner behandeln derzeit bei leichten Verläufen vor allem die Symptome der Ehec-Erkrankung. Menschen scheiden die Bakterien oft von selbst aus. Das kann mitunter ein paar Wochen dauern.

Antibiotika helfen gegen Ehec-Bakterien wenig, im Gegenteil: "Die Gabe kann mitunter die Toxinproduktion (der Keime) sogar erhöhen", sagt der Hygieniker Helge Karch, der den Erreger genetisch analysiert hat. Daher raten Ärzte dringend davon ab, eine Ehec-Infektion mit Antibiotika zu behandeln.

Die Menschen, die derzeit akut erkrankt sind, werden mit Dialyse und Blutreinigung behandelt. So werden die Giftstoffe aus dem Körper gewaschen. Nicht immer erholt sich die Niere von der Infektion, sodass einige Patienten dauerhaft eine Dialyse brauchen oder auf ein Spenderorgan warten müssen.

In der Anfangsphase von Hus brauchen Patienten dringend Flüssigkeit, etwa über Kochsalzinfusionen. So lässt sich die schwerste Form der Erkrankung, das Nierenversagen, verhindern. Andernfalls könnte eine Nierentransplantation notwendig werden oder eine lebenslange Dialyse.

In besonders schweren Fällen setzten Mediziner eine noch kaum erforschter Therapie ein: Sie gaben einigen Patienten die Antikörperlösung Eculizumab. Zum Teil verbesserte sich der Zustand danach.

Schutz

Nur strenge Hygiene kann vor einer Ansteckung mit Ehec und ähnlichen Keimen schützen. Gemüse und Obst müssen gründlich gereinigt werden. In der Küche sollten Messer und Schneidebretter für jedes Lebensmittel separat verwendet und anschließend gründlich gesäubert werden.

Fleisch und Gemüse sollte man im Kühlschrank getrennt voneinander lagern und auch getrennt zubereiten. Putz- und Spüllappen sollten in kurzen Abständen gewechselt oder ausgekocht werden.

Lebensmittel sollten vor dem Verzehr ausreichend erhitzt werden. Ehec-Erreger wie auch ihre Giftstoffe sind sehr hitzelabil. Ab 60 bis 70 Grad werden die Keime und ihre Toxine zerstört.

Das Robert Koch-Institut empfiehlt allen Menschen mit Durchfall, sich stets gründlich die Hände zu waschen und/oder sie zu desinfizieren, insbesondere wenn Kleinkinder oder immungeschwächte Menschen in der Nähe sind.

Sollte ein Familienmitglied erkranken, sollten die Toilette und Flächen, die der Erkrankte anfasst, regelmäßig gereinigt und desinfiziert werden.

Der Ursprung einer Bakterien-Epidemie könnte dank der schnellen Sequenzierung rascher gefunden werden. "Um spezifische Schnelltests zu entwickeln, müssen wir das genaue Erbgut des Erregers kennen", sagt Dag Harmsen. Das würde Epidemiologen helfen, beim Ausbruch einer neuen Krankheit schnell herauszufinden, wo sich Menschen angesteckt haben. Auch unter Verdacht stehende Lebensmittel könnten damit zuverlässig auf den Erreger getestet werden. Während der Epidemie, die im Mai begonnen hatte, sorgten Ehec-Funde etwa auf Gurken für Verwirrung. Erst später stellte sich heraus, dass es sich um weniger gefährliche Varianten des Keims handelte.

Den Ehec-Patienten nützt dieser Forschungserfolg nichts mehr. Doch im Fall künftiger Bakterien-Ausbrüche – mit Keimen, gegen die es anders als gegen Ehec Impfungen oder erprobte Medikamente gibt – könnte das Wissen um das Erbgut auch die Therapie verbessern.

Die Entzifferung in Rekordgeschwindigkeit gelang den Forschern mit einem speziellen NGS-Gerät ( Next Generation Sequencing ) namens PGM (Personal Genome Machine ). Die neuartige Maschine kostet mit rund 100.000 Euro nur noch einen Bruchteil vom Preis der traditionellen Apparate. Die können sich bisher nur große Genom-Zentren leisten.

"Mit dem handlichen PGM können wir zwar nur zwei Bakterienstämme gleichzeitig untersuchen, doch dafür geht es extrem schnell", sagt Harmsen. Er spricht von einer "Demokratisierung der Genom-Analysen" und geht davon aus, dass in ein paar Jahren viele größere Kliniken solche Geräte haben werden. Sie werden vermutlich deutlich günstiger sein. Die Hersteller machen ihren Hauptumsatz dann mit den Verbrauchsmaterialien. Die Technik, die in den neuen Geräten steckt, basiert auf leistungsfähigen Halbleiter-Chips, mit denen das Sequenzieren schneller geht. Forscher der Firma Life Technologies stellen die neue Methode in der aktuellen Ausgabe von Nature vor.

Leserkommentare
    • checki
    • 21. Juli 2011 14:05 Uhr

    ehec bakterien existieren, dann könnten wir auch bald ahec, bhec, chec und dhec in unserer nahrungskette haben. man sollte schleunigst die ursachen bekämpfen, bevor wir irgendwann flächendeckende geschundheitlich gefährdende ansteckungs gefahren bekommen. man sollte das jetzt nicht auf die leichte schulter nehmen, denn so was kann einmal verheerende folgen haben.hoffentlich werden daraus auch ernsthafte kosequenzen gezogen und nicht nur rumgeredet wie es bei der vogel,schweine,geflügelgrippe war.

  1. ...haben wir längst. Nur wird da bisher immer ziemlich abgewiegelt: Einzelfälle, nur Kleinkinder, nur bei Verzehr von Rohmlichprodukten. Tatsache ist, dass über das Ausbringen von nicht vorbehandelter Gülle EHEC-Bakterien als Aerosole großflächig verteilt werden. Aber dagegen unternimmt keiner etwas wegen der "notleidenden Landwirtschaft", an der sich kein Politiker ungestraft vergreifen darf.

    Dabei wäre es nicht nur aus Gründen der Hygiene, sondern auch wegen der daraus zu gewinnenden Energie interessant, die Gülle vor dem Ausbringen in eine Biogasanlage zu stecken. Ihrem Wert als Dünger würde das keinen Abbruch tun, die Landwirte könnten von der Energieerzeugung profitieren und die Bevölkerung müsste weniger Gestank ertragen. Warum das nicht längst gemacht wird? Weil der politische Wille fehlt, um das durchzusetzen.

  2. Zitat aus ZEIT Info-Kasten/Ansteckung: "Wie der Keim aus dem Darm von Tieren auf diese Samen gelangt sein kann, ist noch immer unbekannt."

    Hier wird suggeriert, dass der Ausbruchsstamm O104:H4 vom Tier auf den Menschen übertragen worden sei. Die Wissenschaft geht dagegen davon aus, dass dieser Keim, der noch nie im Tier gefunden wurde, sein Reservoir im Menschen hat und daher eher vom Menschen auf das Tier übertragen werden könne.

    Zitat BfR: "Insgesamt muss nach derzeitigem Kenntnisstand davon ausgegangen werden, dass der Ausbruchsstamm mit seiner detailliert beschriebenen genetischen Ausstattung sein Reservoir im Menschen hat, da dieser E. coli-Typ bis heute noch nie bei Tieren gefunden wurde. Bisher gibt es keinerlei Anhaltspunkte, dass der Ausbruchsstamm die Speziesbarriere Mensch-Tier überwunden hat. Allerdings kann nicht ausgeschlossen werden, dass der Ausbruchsstamm sekundär auch Tiere kolonisieren könnte, beispielsweise durch Aufnahme von kontaminiertem Wasser oder Futtermitteln. Es scheint derzeit so zu sein, dass sich der Erreger im Menschen vermehrt und nach Freisetzung über Fäkalien in die Umwelt gelangt, z.B. in das Abwasser. Es ist davon auszugehen, dass der Erreger für eine effektive Vermehrung wieder den Menschen kolonisieren muss." http://www.bfr.bund.de/cm... Seite 8, 1. Absatz

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    Sie könnes aber wirklich nicht lassen, Ihre lobbysicht der Dinge in die Welt zu setzen !

    das für den aktuellen Ausbruch verantwotrtliche Bakterium ist einen Kreuzung aus Ehec und einen Virus und desdhalb eher ein Eaec.

    Somit ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß das sehr wohl Tiere an der Entstehung dieses Bakterium beteiligt waren und wie diese Mutation genau zustande kam und wo genau wissen weder das Bfr und schon gar nicht Sie.

    Bekannt ist aber, wie sich normale Ehec Bakterien massenhaft in der Umwelt verteilen können und da spielt die Gülle eine ganz entscheidende Rolle, wird Sie doch ohne Untersuchung einfach in großen Mengen auf die Felder gekippt. Denn irgendwo müssen die abstoßenden Massentierfabriken diesen gefährlichen Cocktail durchsetzt mit Antibiotikaresten ja billig entsorgen. So werden Antibiotikarestistenzen auch beim Mensch begünstigt, völlig unabhängig vom aktuellen Fall.
    Das ist alles längst bekannt, aber an so mächtigen Produzenten wie Wiesenhof traut sich keine Behörde wirklich dran, die machen Ihre Gesetzte selbst bzw. legen Sie nach Ihrem Willen aus.

    http://www.ndr.de/info/pr...

    insbesondere mal das viedeo anschauen
    http://www.swr.de/report/...

    insbesondere diese beiden Kurzfilme sind sehr aufschlußreich, wie lax deutsche Behörden mit Verstößen umgehen bzw. sogar laxe Vorschriften gegen EU Recht durchstzen, Frau Aigner schweigt da auf Nachfrage...:
    http://www.swr.de/report/...

  3. Sie könnes aber wirklich nicht lassen, Ihre lobbysicht der Dinge in die Welt zu setzen !

    das für den aktuellen Ausbruch verantwotrtliche Bakterium ist einen Kreuzung aus Ehec und einen Virus und desdhalb eher ein Eaec.

    Somit ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß das sehr wohl Tiere an der Entstehung dieses Bakterium beteiligt waren und wie diese Mutation genau zustande kam und wo genau wissen weder das Bfr und schon gar nicht Sie.

    Bekannt ist aber, wie sich normale Ehec Bakterien massenhaft in der Umwelt verteilen können und da spielt die Gülle eine ganz entscheidende Rolle, wird Sie doch ohne Untersuchung einfach in großen Mengen auf die Felder gekippt. Denn irgendwo müssen die abstoßenden Massentierfabriken diesen gefährlichen Cocktail durchsetzt mit Antibiotikaresten ja billig entsorgen. So werden Antibiotikarestistenzen auch beim Mensch begünstigt, völlig unabhängig vom aktuellen Fall.
    Das ist alles längst bekannt, aber an so mächtigen Produzenten wie Wiesenhof traut sich keine Behörde wirklich dran, die machen Ihre Gesetzte selbst bzw. legen Sie nach Ihrem Willen aus.

    http://www.ndr.de/info/pr...

    insbesondere mal das viedeo anschauen
    http://www.swr.de/report/...

    insbesondere diese beiden Kurzfilme sind sehr aufschlußreich, wie lax deutsche Behörden mit Verstößen umgehen bzw. sogar laxe Vorschriften gegen EU Recht durchstzen, Frau Aigner schweigt da auf Nachfrage...:
    http://www.swr.de/report/...

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    Man kann sich an dem jeweils aktuellen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis (der grundsätzlich entwicklungsoffen zu sein hat) orientieren oder diesen negieren. Ersteres tue ich, zweiteres die ZEIT mit dem von mir in #3 zitierten Satz und der darin enthaltenen Suggestion.

    Die aktuelle wissenschaftliche Erkenntnis zu negieren oder gar zu verfälschen, ist allerdings ein immer wieder anzutreffendes Vorgehen mit dem Ziel der Desinformation und der politischen Agitation, vor dem man sich jedoch glücklicherweise schützen kann, indem man es transparent macht. Ehrliches und glaubwürdiges Agieren bedarf dagegen keiner Negierung, Umdeutung und Verfälschung der jeweils aktuellen wissenschaftlicher Erkenntnisse und keiner Trittbrettfahrerei. Eine Zeitung, die diesen Grundsatz verletzt, kann ich nicht als seriös anerkennen. Das Mindeste, das ich erwarte, ist, dass eine vom Stand der Wissenschaft abweichende Position nachvollziehbar begründet wird. Das aber findet hier nicht statt.

    Nochmals: Es geht hier nicht um EHEC allgemein, sondern um ein ganz konkretes Ausbruchsgeschehen, dem eindeutig und nachweislich ein ganz bestimmter Erregerstamm, nämlich O104:H4, zugrunde liegt. Und es geht um die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die aktuell und konkret zu diesem Erregerstamm vorliegen und die im Netz transparent, im Original und unverfälscht Jedem zur Verfügung stehen, der sie zur Kenntnis nehmen will. Und diese lassen sich glücklicherweise auch nicht wegkommentieren.

  4. Man kann sich an dem jeweils aktuellen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis (der grundsätzlich entwicklungsoffen zu sein hat) orientieren oder diesen negieren. Ersteres tue ich, zweiteres die ZEIT mit dem von mir in #3 zitierten Satz und der darin enthaltenen Suggestion.

    Die aktuelle wissenschaftliche Erkenntnis zu negieren oder gar zu verfälschen, ist allerdings ein immer wieder anzutreffendes Vorgehen mit dem Ziel der Desinformation und der politischen Agitation, vor dem man sich jedoch glücklicherweise schützen kann, indem man es transparent macht. Ehrliches und glaubwürdiges Agieren bedarf dagegen keiner Negierung, Umdeutung und Verfälschung der jeweils aktuellen wissenschaftlicher Erkenntnisse und keiner Trittbrettfahrerei. Eine Zeitung, die diesen Grundsatz verletzt, kann ich nicht als seriös anerkennen. Das Mindeste, das ich erwarte, ist, dass eine vom Stand der Wissenschaft abweichende Position nachvollziehbar begründet wird. Das aber findet hier nicht statt.

    Nochmals: Es geht hier nicht um EHEC allgemein, sondern um ein ganz konkretes Ausbruchsgeschehen, dem eindeutig und nachweislich ein ganz bestimmter Erregerstamm, nämlich O104:H4, zugrunde liegt. Und es geht um die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die aktuell und konkret zu diesem Erregerstamm vorliegen und die im Netz transparent, im Original und unverfälscht Jedem zur Verfügung stehen, der sie zur Kenntnis nehmen will. Und diese lassen sich glücklicherweise auch nicht wegkommentieren.

  5. Bezüglich der Sequenzierung aktuell und RECHTZEITG während des großen Ausbruchs hatte das Beijing Genome Institute in Shenzhen den Erfolg bereits vermeldet. Jetzt nochmal Für Zeit-Leser in abgewandelter Form?

    In der Pressemeldung vom 2.6. heißt es:

    "Upon receiving the bacterial DNA samples, BGI finished sequencing the genome of the bacterium within three days ..."
    (http://www.genomics.cn/en...)

    3 mal 24 = 72 Stunden, aber bitte innerhalb.
    Und jetzt ist also 62 Stunden der Rekord. Worum geht es hier eigentlich? Die Analysezeit war doch gar nicht das Problem, und ist es auch beim nächsten Mal nicht.

Bitte melden Sie sich an, um zu kommentieren

  • Artikel Auf einer Seite lesen
  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte Crowdsourcing | Epidemie | Erbgut | Universität Münster | China | Ehec
Service