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Medizin

Cholera: Genom des ersten Pandemie-Erregers deutet auf höhere Virulenz hin

Donnerstag, 9. Januar 2014

Vibrio cholerae

Hamilton – Die Cholera hat seit 1817 sieben Pandemien ausgelöst. Doch der Erreger ist vermutlich älter, wie die Entschlüsselung des Erbguts von Erregern aus dem Jahr 1849 zeigt, die im New England Journal of Medicine (2014; doi: 10.1056/NEJMoa1308663) vorgestellt wurden. Die Virulenz könnte im Verlauf der kurzen Evolution gesunken sein.

Anders als Tuberkulose und Pocken war die Cholera in westlichen Ländern lange Zeit unbekannt. Ab 1817 kam es dann aber ausgehend von Indien zu der ersten verheeren­den Pandemie, der sechs weitere folgen sollten. Wie schnell sich die Erreger auch heute noch ausbreiten können, sobald die sanitäre Infrastruktur zusammenbricht und den Weg zu einer fäkal-oralen Übertragung öffnet, hat sich zuletzt nach dem Erdbeben in Haiti gezeigt.

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Dort grassiert seit 2010 die Cholera, vermutlich eingeschleppt von einer einzigen Person aus dem südasiatischem Raum (im Verdacht stehen US-Katastrophenhelfer). Die Cho­lera in Haiti ist Teil der siebten Pandemie, die als eine Kette von lokalen Ausbrüchen seit 1961 besteht und 2012 weltweit 3 bis 4 Millionen Erkrankungen ausgelöst hat, von denen fast 100.000 tödlich endeten.

Die aktuelle Cholera-Epidemie wird vom Biovar El Tor des Erregers Vibrio cholerae getragen. Er hat aus unbekannten Gründen den früheren klassischen Biotyp abgelöst. Da die Cholera-Infektion auf den Darm beschränkt ist und die Erreger keine Spuren im Knochen hinterlassen, war es Evolutionsgenetikern wie Hendrik Poinar von der McMaster Universität in Hamilton bisher nicht möglich, die Veränderung des Erbguts im Verlauf der Zeit zu untersuchen. Aus diesen Untersuchungen können die Forscher Stammbäume der Erreger aufstellen und Rückschlüsse auf die Veränderungen in der Virulenz gewinnen.

Der Zufall spielte den Forschern jetzt ein gut erhaltenes Präparat in die Hände. Das medizinhistorische Mütter Museum (benannt nach dem Spender, einem US-Arzt mit offenbar deutschen Vorfahren) in Philadelphia hat ein Präparat mit einer konservierten Darmschleimhaut in seiner Sammlung. Es stammte von einem Patienten (afrikanischer Herkunft, wie die Analyse der mitochondrialen DNA verriet), der 1849 an der Cholera gestorben war.

Poinar konnte in dem Präparat Gene von V. cholerae nachweisen und daraus fast das gesamte Genom rekonstruieren. Der Vergleich mit aktuellen Genen des Erregers (El Tor wurde 2000 vollständig sequenziert) zeigte, dass die Unterschiede nicht allzu groß waren. Die Übereinstimmung mit aktuellen Bakterien beträgt 95 bis 97 Prozent.

Unter den Abweichungen befinden sich einige „genomische Inseln“. Der alte Erreger besitzt einige Genabschnitte, die dem heutigen Erreger fehlen. Andere genomische Inseln sind während der Evolution von El Tor hinzugekommen. Genomische Inseln sind mehr oder weniger große zusammenhängende Genabschnitte, die oft nicht fest in die Chromosomen eingebaut sind. Sie gelangen häufig über Virusinfektionen ins Erbgut der Bakterien.

So stammt das wichtigste heutige Choleratoxin CTX (Cholera toxin phage) von der Bakteriophage CTXphi. Es ist deshalb möglich, dass die genomischen Inseln die Virulenz der Erreger verändert haben. Poinar fand außerdem heraus, dass der Cholera-Erreger von 1849 mehr Kopien von CTX besitzt als die heutigen Bakterien. Es ist deshalb wahrscheinlich, dass die Cholera mit dem Erreger von 1849 heftiger verlief, als dies bei den heutigen Erregern der Fall ist. (Genau klären ließe sich die Frage durch Rekonstruktion des alten Erregers und experimentelle Studien).

Eine andere Frage betrifft das Alter des Erregers. War das Auftreten der Cholera nach 1817 ein Zufall oder die Folge einer Veränderung im Erbgut der Erreger? Poinar kann diese Frage letztlich nicht beantworten (hierzu müsste er Erreger aus der Zeit vor der Pandemie untersuchen können). Aufgrund der Stammbaumanalyse geht er aber davon aus, dass der Erreger bereits lange vor dem 19. Jahrhundert auf dem indischen Subkon­tinent existierte. Möglicherweise reiche seine Herkunft bis in die Jungsteinzeit zurück, schreibt der Forscher.

Fest steht für Poinar, dass erst der Übergang vom Sammler und Jäger zur Sesshaftigkeit in der neolithischen Revolution die Voraussetzungen für eine ununterbrochene fäkal-orale Infektionskette geschaffen hat. Die Entwicklung von Großstädten nach der industriellen Revolution dürfte die Effizienz der Übertragung um ein Vielfaches gesteigert haben und damit ideale Voraussetzungen für die verheerenden Epidemien des 19. Jahrhunderts geschaffen haben. Die Cholera war Anlass für den Bau von abge­schlossenen Abwassersystemen in europäischen Städten. Mit ihnen wurde die Cholera als Seuche überwunden. © rme/aerzteblatt.de

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