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Nachweis von freilebenden pathogenen Amöben

Forschungspartner:
Institut für Parasitologie der Veterinärmedizinischen und der Medizinischen Fakultät der Universität Bern
http://www.vetmed.unibe.ch/ipa/

Hintergrund

Freilebende Amöben sind Parasiten, die den Menschen infizieren und zu schwer-wiegenden Erkrankungen oder gar zum Tod führen können.
Die drei Gattungen Naegleria, Acanthamoeba und Balamuthia sind als humanpathogene Agenzien bekannt, wobei insbesondere die Art Naegleria fowleri, aber auch Balamuthia mandrillaris als die gefährlichsten betrachtet werden und deshalb auch als potentielle B-Kampfstoffe gelten können.

In der Schweiz gab es bisher kein Labor, das sich mit diesen Amöben befasste. Dies liegt vorallem daran, dass diese Parasiten aufgrund ihrer Pathogenität in einem speziellen Sicherheitslabor (BL3) gehandhabt werden müssen.
Unser Forschungspartner hat entsprechendes Fachwissen und Infrastruktur zur Verfügung, um diagnostische Systeme und geeignetes Referenzmaterial für den Nachweis und das Grundlagenstudium von pathogenen freilebenden Amöben zu etablieren.

Naegleria fowleri

Diese Amöbenart ist weltweit verbreitet (Schwerpunkte in USA, Australien) und kann Primäre Amöben-Meningoenzephalitis (PAM) verursachen.

Die Infektion erfolgt beim Baden und Tauchen in Süssgewässern (ruhige, warme Teiche oder Seen; auch in Schwimmbädern oder Whirlpools).

Die Erreger dringen über die Nasenschleimhaut ein und wandern entlang der Riechbahn in das Gehirn. Zwei bis sieben Tage nach Infektion tritt eine schwere, akut verlaufende eitrige Hirn- und Hirnhautentzündung ein, begleitet von hohem Fieber, Erbrechen, Kopf-schmerzen und Nackensteifheit. Die Patienten werden komatös und versterben meist innerhalb einer Woche. Bisher wurden nur wenige Fälle dokumentiert, die aufgrund frühzeitiger Behandlung (Amphotericin B, Miconazol, Rifampicin) überlebt haben.

PAM tritt vorwiegend bei Kindern oder jungen Erwachsenen aus völliger Gesundheit heraus auf. Wahrscheinlich verläuft ein Grossteil der Naegleria-Infektionen inapparent, da bei vielen Jugendlichen in Endemiegebieten spezifische Antikörper nachweisbar sind und Naegleria in der Umwelt häufig vorkommen soll.

Naegleria fowleri Trophozoiten
Naegleria fowleri Trophozoiten
(kultiviert aus Zerebralflüssigkeit)		 Naegleria fowleri Trophozoiten
Naegleria fowleri Trophozoit
(direkt in Spinalflüssigkeit)

Bildquelle: http://www.dpd.cdc.gov/DPDx/HTML/ImageLibrary/FreeLivingAmebic_il.htm

Acanthamoeba und Balamuthia

Acanthamoeba Trophozoit (Rasterelektronenmikroskopie)
Acanthamoeba Trophozoit (Rasterelektronenmikroskopie)
Bildquelle: Institut für Parasitologie, Bern

Diese Amöbenarten sind ebenfalls wahrscheinlich weltweit verbreitet und kommen in der Erde, im Wasser, in Sand, im Staub und in der Luft vor. Balamuthia verursacht eine Granulomatöse Amöben-Enzephalitis (GAE), Acanthamöben vorwiegend eine Hornhautentzündung (Acanthamöbiasis des Auges).

Es sind mehrere Infektionswege bekannt: über Hautläsionen, durch Tröpfcheninfektion über die Nasenschleimhaut (GAE) oder bei Augenkeratitis über kontaminierte Kontaktlinsen.

Die Inkubationsdauer kann von zwei Wochen bis zu mehreren Monaten variieren und der Krankheitsbeginn ist schleichend. Bei GAE treten Gedächtnisstörungen, Krampfanfälle oder Fieber und Kopfschmerzen auf. Die Patienten versterben an einer Enzephalitis innerhalb von Tagen bis Monaten und die Diagnosestellung erfolgt oft erst post mortem. Das Auftreten von GAE betrifft meist Personen mit geschädigtem Immunsystem.

Die Amöbenkeratitis des Auges wird häufig zu Beginn verkannt, kann aber durch chirurgische Intervention und lokale Anwendung von Miconazol und Propamidin therapiert werden. Die Krankheit wird durch richtige Kontaktlinsenpflege vermieden.

Zielsetzung

Etablierung von in vitro Kulturen und in vivo Modellsystemen von pathogenen freilebenden Amöben als Grundlage zur klinischen Diagnose und zum Studium der Pathogenese.

Etablierung und Validierung von diagnostischen PCR-Sonden, sowie Anwendung dieser Sonden zur Erfassung der epidemiologischen Situation in der Schweiz.
Identifizierung von Pathogenitätsfaktoren von Naegleria fowleri durch Analyse von Gen- und Proteinexpressionsmuster, unter Zuhilfenahme von organotypischen Hirnkulturen.

Schlussfolgerungen

Mit der Identifizierung und Charakterisierung von freilebenden pathogenen Amöben wird eine wichtige diagnostische Lücke geschlossen.
Dank dem Fachwissen und den entsprechenden speziellen Laborkapazitäten ist es innert kurzer Zeit gelungen, freilebende Amöben einerseits in vitro zu kultivieren und andererseits eine Mausmodell für Naegleria fowleri zu etablieren.
Im weiteren konnten ebenfalls spezifische diagnostische Werkzeuge (PCR, Immunseren) für freilebende Amöben generiert bzw. etabliert und validiert werden.

Ausblick

Diese Methoden stehen nun zur Verfügung, um in einem nächsten Schritt relevante Pathogenitätsfaktoren zu identifizieren, die zu einer sicheren Diagnostik beitragen, und die auch dazu verhelfen werden, die epidemiologische Situation in der Schweiz zu erfassen und zukünftige Risikopotentiale abzuschätzen.

Literatur

Szenasi, Z; Endo T; Yagita K; Nagy E (1998): Isolation, identification and increasing importance of free-living amoebae causing human disease. J Med Microbiol; 47: 5-16

Sparagano, O; Drouet, E; Denoyel, G; Pernin, P; Ruchaud-Sparagano; MH (1994): Differentation of Naegleria fowleri from other species of Naegleria using monoclonal antibodies and the polymerase chain reaction. Trans R Soc Trop Med Hyg; 88: 119-120

Kilvington, S; Beeching, J (1995): Development of a PCR for identification of Naegleria fowleri from the environment. Appl Environ Microbiol; 61: 3764-3767

Mathers, WD; Nelson, SE, Lane, JL; Wilson, ME; Allen, RC; Folberg, R (2000): Confirmation of confocal microscopy diagnosis of Acanthamoeba keratitis using polymerase chain reaction analysis. Arch Ophtalmol 118: 178-183

Pelandakis, M and Pernin P (2002): Use of multiplex PCR and PCR restriction enzyme analysis for detection of the variability in the free-living amoeba Naegleria in the environment. Appl Environ Microbiol; 68: 2061-2065

Literatur / Links