Neue Software hilft bei der Salmonellen-Diagnose

WÜRZBURG. Löst ein neu auftretender Salmonellenstamm eher eine gefährliche Infektion in der menschlichen Blutbahn oder eine Lebensmittelvergiftung aus? Unterscheiden kann das ein neu entwickeltes maschinelles Lern-Tool, teilt das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung mit.

Die Software sei bei einem internationalen Projekt von Wissenschaftlern des britischen Wellcome Sanger Institutes, der neuseeländischen University of Otago und des Würzburger Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung entstanden.

Die Forscher könnten nun deutlich schneller solche genetischen Veränderungen identifizieren, die typischerweise im Zusammenhang mit aggressiven Salmonellenstämmen stehen. Damit sei das neue Tool auch von hoher Relevanz für das Gesundheitswesen.

Das Lern-Tool könnte zukünftig von großer Bedeutung sein, um gefährliche Krankheitserreger zu erkennen, bevor sie einen Krankheitsausbruch verursachen (PLOS Genetics 2018, online 8. Mai)

Bisher sehr aufwändige Methoden

Die derzeit zur Verfügung stehenden Gen-Sequenzierungsmethoden, um die genetischen Veränderungen neuer Erregerstämme bei einem Krankheitsausbruch zu identifizieren, seien sehr zeitaufwändig und oft mit dem manuellen Abgleichen des neuen Stammes mit vorhandenen Referenz-Sammlungen verbunden.

Die Bakteriengattung Salmonella umfasst ja viele verschiedene Arten, einige von ihnen verursachen Lebensmittelvergiftungen, während andere weit über den Darm hinausreichende Krankheiten hervorrufen – wie der Typhuserreger Salmonella enterica Serovar Typhi.

Um diese Stämme unterscheiden zu können, analysiert das Programm krankheitsassoziierte Unterschiede zwischen den Stämmen. Als Trainingsdatensatz habe den Forschern die genetische Information von 13 bekannten und genetisch sehr unterschiedlichen Salmonella enterica-Stämmen mit unterschiedlichen Krankheitspotenzialen gedient. Das Modell habe dabei fast 200 Gene identifiziert, die einen Einfluss auf den Krankheitsverlauf haben.

"Mit dem Tool können wir große Datenmengen bewältigen und in Sekundenschnelle Ergebnisse erhalten. Dies wird zukünftig eine Form der Überwachung von krankheitserregenden Bakterien ermöglichen, die bisher noch nicht denkbar war – und das nicht nur auf einzelnen Krankenstationen, sondern weltweit", wird Dr. Nicole Wheeler, Ko-Hauptautorin der Studie am Wellcome Sanger Institute, in der Mitteilung zitiert.

Erster Einsatz bestanden

Den ersten Praxiseinsatz habe das Tool bereits erfolgreich bestanden: Beim Vergleich neuer Salmonella-Stämme, die derzeit südlich der Sahara auftreten, habe die Software aus der Gesamtheit häufig auftretender Infektionstypen (Salmonella Enteritidis und Salmonella Typhimurium) gezielt zwei Varianten des Erregers hervorgehoben, die besonders gefährlich sind und eine höhere Anzahl von Blutbahn-Infektionen auslösen.

Diese Infektionen seien vor allem für Menschen mit einem geschwächten Immunsystem gefährlich, wie es zum Beispiel HIV-Infizierte haben. Das Tool habe deutlich die genetischen Veränderungen aufgedeckt, die es diesen beiden Salmonella-Stämmen ermöglichen, sich an die Wirte anzupassen und damit invasiver zu werden.

Das Tool sei nicht auf Salmonellen beschränkt, sondern vielfältig einsetzbar. Genauso könnte es zur Untersuchung anderer Faktoren, zum Beispiel entstehende Antibiotikaresistenzen bei verschiedensten Krankheitserregern, angewendet werden. Mit diesem Tool ließen sich gefährliche Bakterienstämme in Echtzeit identifizieren und Krankheitsausbrüche verhindern.

"Wir nutzen diesen Ansatz bereits, um nach den wichtigsten Unterschieden zwischen asiatischen und afrikanischen Salmonella enterica-Stämmen zu suchen. Statt die Genome verschiedener Bakterienstämme in wochen- und monatelanger Kleinarbeit manuell zu vergleichen, sind wir nun in der Lage, die genetischen Veränderungen neuer Krankheitserreger sofort zu bestimmen. Das bietet uns die Möglichkeit, Krankheitsausbrüche live zu verfolgen und damit schnell gesundheitspolitische Maßnahmen zur Kontrolle und Prävention ergreifen zu können", wird Dr. Nicholas Feasey von der Liverpool School of Tropical Medicine in der Mitteilung des Helmholtz-Zentrums zitiert. (eb)