Tuberkulose-Erreger suchen sich ihre ökologische Nische

Tuberkulose (TB) gehört zu den gefährlichsten Infektionen weltweit. Die Behandlung ist teuer und zeitaufwändig, eine wirksame Impfung gibt es bisher nicht. Es existieren unterschiedliche TB-Bakterien-Stämme mit unterschiedlicher regionaler Ausbreitung. Nur die so genannte Linie 4 ist weltweit auf allen Kontinenten vorhanden. Sie ist für die Mehrzahl der 10 Millionen Neuansteckungen und 2 Millionen Toten jährlich verantwortlich.

Unter Leitung von Sébastien Gagneux am Schweizerischen Tropen- und Public Health-Institut (Swiss TPH) und DZIF-Wissenschaftler Stefan Niemann vom Forschungszentrum Borstel hat ein Team von 75 Wissenschaftlern an 56 Institutionen das Erbgut von Tuberkulose-Erregern aus mehreren tausend Patienten analysiert.

Dabei zeigte sich überraschenderweise, dass sich Stämme der Linie 4 genetisch nochmals in mehrere Unterlinien einteilen lassen. Einige dieser Unterlinien sind weltweit vorhanden, andere kommen nur regional vor.

Gemäß der Studie lassen sich Tuberkulose-Bakterien damit unterteilen in Generalisten mit weltweiter Verbreitung und in Spezialisten, die eine lokal begrenzte ökologische Nische gefunden haben. Ökologen haben bisher insbesondere bei Pflanzen zwischen Generalisten und Spezialisten unterschieden. Für pathogene Keime, die ausschließlich von Mensch-zu-Mensch übertragen werden, ist diese Unterteilung neu.

Generalisten sind immunologisch vielfältiger als Spezialisten

TB-Keime haben eine einzigartige Eigenschaft: Sie variieren ihre Antigene kaum und werden dadurch vom menschlichen Immunsystem effizient erkannt. In der Folge kommt es zu einer heftigen Immunreaktion. Dabei wird insbesondere die Lunge befallen, was über Husten die weitere Verbreitung der TB-Keime begünstigt.

Dank dieser Strategie können sich TB-Keime effizient von Mensch-zu-Mensch übertragen. Die Wissenschaftler zeigen in ihrer neuesten Arbeit, dass „Generalisten“-Stämme noch eine zusätzliche Strategie verfolgen. Sie weisen im Vergleich zu den Spezialisten eine leicht erhöhte Diversität ihrer Antigene auf.

„Generalisten sind damit in der Lage, sehr viel spezifischer auf das Immunsystem in unterschiedlichen Bevölkerungsgruppen zu reagieren“, erklärt Niemann, der im DZIF den Forschungsbereich „Tuberkulose“ koordiniert. Sie haben ihre molekulare Strategie angepasst und können sich damit sehr viel globaler durchsetzen und ausbreiten.

Konsequenzen für Impfstoffentwicklung

Diese neue Erkenntnis hat Konsequenzen für die Entwicklung eines universell anwendbaren Tuberkulose-Impfstoffs. Denn je ausgeklügelter TB-Bakterien ihre Antigene anpassen können, desto schwieriger ist die Entwicklung einer Impfung, die in allen Bevölkerungsgruppen gleich wirksam ist. Eine längst benötigte Tuberkulose-Impfung könnte sich damit weiter verzögern.

Möglich wurden diese Erkenntnisse durch die internationale Zusammenarbeit; aus dem DZIF haben Wissenschaftler der Standorte Hamburg-Lübeck-Borstel, München, Tübingen und aus den afrikanischen Partner-Sites beigetragen. „Nationale und internationale Forschungsnetze sind die Basis für die Bekämpfung globaler Infektionskrankheiten wie HIV und TB“ sagt DZIF-Wissenschaftler Michael Hölscher, Leiter des Tropeninstitutes in München. „Dieses Konzept wird im DZIF im Bereich „Tuberkulose“ seit mehreren Jahren erfolgreich umgesetzt.“

Publikation
Stucki D et al:
Mycobacterium tuberculosis lineage 4 comprises globally distributed and geographically restricted sublineages
Nature Genetics, published online 31 10 2016; doi:10.1038/ng.3704

Kontakt
Prof. Stefan Niemann
Forschungszentrum Borstel und
Deutsches Zentrum für Infektionsforschung
T: +49-4537-1887620
E-Mail: sniemann@fz-borstel.de