Wechselwirkungen zwischen Wirt, Pathogen und Umwelt bei Streptococcus suis
Streptococcus suis (S. suis) ist ein bakterieller Krankheitserreger, der bei jungen Schweinen unter anderem akute Sepsis, Meningitis, Endokarditis und Lungenentzündung verursacht. Außerdem steht der Krankheitserreger häufig mit dem Porcine Respiratory Disease Complex in Verbindung, einer der Haupttodesursachen bei Schweinen. Darüber hinaus ist S. suis wie das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), das COVID-19 verursacht, zoonotisch, d. h. einer von vielen Erregern, die von Tieren auf Menschen übertragen werden können. Das EU-finanzierte Projekt PIGSs trägt zum besseren Verständnis der Pathogenität von S. suis bei und ermöglicht die Entwicklung wichtiger Impfstoffe und Überwachungsinstrumente.
Streptococcus suis und die schwierige Frage der Antibiotika
Ausbrüche von pathogenen S. suis-Infektionen sind sehr häufig. PIGSs konnte zeigen, dass in Aufzuchtstationen in betroffenen europäischen Betrieben 3,3 % to 4 % der Tiere eine invasive S. suis-Erkrankung aufwiesen. Dies kostet die Industrie Millionen, ganz zu schweigen von den wirtschaftlichen Kosten, die durch menschliche Erkrankungen entstehen. Eine kürzlich durchgeführte Studie in Südostasien, wo die meisten Fälle auftreten, hat ergeben, dass sich die wirtschaftlichen Kosten menschlicher Erkrankungen aufgrund direkter und indirekter Gesundheitskosten und Produktivitätseinbußen auf mehrere Millionen Euro jährlich belaufen. Bislang ist in Europa kein Impfstoff für die Kreuzimmunität zugelassen. Laut Projektkoordinator Jerry Wells von der Universität Wageningen in den Niederlanden „hat das Fehlen wirksamer Überwachungsmethoden und Impfstoffe zu einer unzureichenden Prävention und zu einer weltweiten Abhängigkeit vom großflächigen Einsatz von Antibiotika geführt. Damit gehen eine erhöhte Antibiotikaresistenz, die sich auf andere Tiere und Menschen infizierende Pathogene ausbreiten kann, sowie eine erhöhte Antibiotikabelastung in Lebensmitteln einher.“
Nutzung von Polymerase-Kettenreaktion und Bioinformatik-Werkzeugen
Es ist äußerst schwierig, die Krankheitsmechanismen von S. suis zu entschlüsseln. Nur ein Teil der Stämme wird mit Erkrankungen in Verbindung gebracht, die zu schwerer Morbidität und Mortalität führen. „Anhand einer globalen Sammlung von rund 2 000 nicht-pathogenen und pathogenen Stämmen ermittelten die Forschenden von PIGSs Gene, die in pathogenen Stämmen hochkonserviert sind, in den übrigen aber nicht vorkommen. Diese Marker wurden zur Entwicklung von quantitativen PCR-Tests (Polymerase-Kettenreaktion) verwendet, die kleine DNA-Stücke schnell zu Millionen Kopien amplifizieren. Die PCR-Tests können zur Überwachung pathogener Isolate in landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt werden“, erklärt Wells. Dieses Vorgehen wird auch gezielte Präventions- und Behandlungsstrategien ermöglichen, zum Beispiel für Sauen, die pathogene Stämme auf ihre Abkömmlinge übertragen. Schließlich setzte die Forschungsgruppe Bioinformatik-Werkzeuge ein, um nach konservierten Antigenen (Proteinsequenzen, die in allen pathogenen S. suis-Stämmen konserviert sind) zu suchen und schützende Antikörperreaktionen bei Schweinen auszulösen. Die Forschenden prüfen derzeit, wie sich diese Reaktion am besten verstärken lässt, und entwickeln Tests, um den induzierten Schutz durch diese Impfstoffe in künftigen Versuchen zu bewerten.
Mechanismen, Risikofaktoren und Impfstoffe
Das PIGSs-Projekt endet zwar bald, doch von den laufenden Experimenten und Analysen werden noch viele weitere Erkenntnisse erwartet. Die Forschungsgruppe arbeitet derzeit an der Aufklärung der Überlebens- und Übertragungsmechanismen der pathogenen Stämme. Darüber hinaus weist Wells darauf hin, dass „derzeit noch eine große epidemiologische Studie durchgeführt wird, von der wir uns erhoffen, mehr über die Faktoren in verschiedenen Betrieben zu erfahren, die das Risiko einer Erkrankung an S. suis erhöhen. Unser laufender Impfstoffversuch an Ferkeln könnte einen Wendepunkt darstellen und neue Impfstrategien für junge Ferkel hervorbringen.“ PIGSs hat das Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Wirt, Erreger und Umwelt bei S. suis wesentlich erweitert. Die Entwicklung wirksamerer Impfstoffe und Bekämpfungsstrategien sowie eine umfassende Überwachung in landwirtschaftlichen Betrieben wird somit unterstützt, um die Krankheit einzudämmen oder zu eliminieren.
Schlüsselbegriffe
PIGs, S. suis, Schweine, Impfstoff, Antibiotika, Bioinformatik, Epidemiologie, PCR, Streptococcus suis, Polymerase-Kettenreaktion, Krankheit
