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Mikrobiologie und Parasitologie - Teil 2


Pathogenese, Spezialdiagnostik und Prävention von B-Intoxikationen

Nach wie vor sind die diagnostischen Möglichkeiten zum Nachweis von B-Waffen-tauglichen Toxinen, wie z.B. Botulinumtoxin, Rizin und Staphylokokken-Enterotoxin stark eingeschränkt. Auf dem Markt erhältliche, serologische Nachweissysteme weisen in der Regel eine zu geringe Sensivität wie auch Spezifität auf. Der molekulare Nachweis verschiedener, toxinkodierender Gene mittels real-time-PCR ist nur in wenigen Fällen beschrieben. Eine Evaluierung der Nachweisgrenzen toxinkodierender DNA in verschiedenen Probenmatrices ist bisher nur unzureichend erforscht.
Ziele: 1. Entwicklung, Etablierung und Evaluierung von Verfahren zur Früh-, Schnell- und Spezialdiagnostik von B-Intoxikationen,
2. Aufklärung von Krankheitsausbrüchen in Einsatzregionen der Bundeswehr,
3. Entwicklung bzw. Evaluierung neuer Prophylaxemaßnahmen,
4. Aufbau eines zertifizierten Expertenlabors für die Bundeswehr.

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Felduntersuchungen zur Aufklärung natürlicher Ausbreitungsgebiete von potenziellen biologischen Kampfstoffen und anderen hochkontagiösen humanpathogenen Krankheitserregern

Zahlreiche als potenzielle biologische Kampfstoffe eingestufte Krankheitserreger sind weltweit in Naturherden enzootisch oder auch endemisch verbreitet. Dabei korreliert das Auftreten menschlicher Krankheitsfälle mit der geographischen Verteilung und Häufigkeit der natürlichen Reservoire und Überträger. Bei ungewöhnlichen Krankheitsausbrüchen sind daher zur Unterscheidung natürlicher Ursachen von gezielten Freisetzungen die genaue Kenntnis der infektionsepidemiologischen Ausgangssituation sowie die Identifizierung und ggf. Typisierung der natürlicherweise auftretenden Krankheitserreger notwendig. Neben der spezialisierten (veterinär-) medizinischen und biologischen Probensammlung sind dabei regelmäßig auch zeitnahe Laboruntersuchungen unter einfachen Bedingungen vor Ort erforderlich.
Ziel des Vorhabens ist das Planen und Durchführen von pro- und retrospektiven infektionsepidemiologischen, -epizootologischen und biologischen Naturherduntersuchungen, einschließlich Datenerhebung, biomedizinischer Probennahme und Probentransport, sowie Laboranalysen unter Feldbedingungen, mit dem Ziel eine mögliche Gefährdung durch potenzielle biologische Kampfstoffe oder andere hochkontagiöse Krankheitserreger in Einsatzräumen der Bundeswehr im Vorfeld zu erkennen und zu bewerten.

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Weiterentwicklung und Bereitstellung von Verfahren und Konzepten zur Verifikation von B-Kampfstoffeinsätzen und zur Untersuchung bioterroristischer Bedrohungsszenarien

Die Task Force Medizinischer ABC-Schutz hat den Auftrag, bei Bedrohungen durch ABC-Kampfstoffe bzw. vergleichbare Gefahrstoffe eine rasche Aufklärung der Ursachen ungewöhnlicher Erkrankungen und Todesfälle durch den schnellen, mobilen und globalen Einsatz von Fachpersonal vor Ort im Einsatzgebiet sicherzustellen. Auf dem Gebiet des Medizinischen B-Schutzes zählen hierzu die Untersuchung Erkrankter und Verstorbener sowie kranker und toter Tiere, die Beratung und Unterstützung behandelnder Ärzte und Tierärzte und die qualifizierte biomedizinische B-Probennahme und Labordiagnostik. Weiterhin umfasst der Auftrag die Erstellung von Beiträgen zur forensischen Aufklärung und Beweisführung einer Freisetzung von B-Kampfstoffen oder ähnlichen Noxen mit dem Ziel der Verifikation.
Ziele sind:
1. Bereitstellung von mikrobiologischer und infektionsepidemiologischer Expertenberatung vor Ort sowie wissenschaftliche Leitung der biomedizinischen Probennahme und Beweissicherung bei Menschen, Tieren, Leichen, Kadavern und Überträgertieren entsprechend internationaler Übereinkommen,
2. Weiterentwicklung von diagnostischen und forensischen Verfahren im Medizinischen B-Schutz unter Berücksichtigung aktueller Bedrohungsanalysen und neu verfügbarer Nachweistechnologien,
3. Konzeption, Planung und Durchführung von diagnostischen Untersuchungen zur Identifizierung potenzieller B-Kampfstoffe und anderer hochkontagiöser humanpathogener Krankheitserreger entsprechend internationaler Übereinkommen, ggf. auch im Verbund mit anderen militärischen oder zivilen Organisationen mittels schnell verlegbarer Labor- und Probennahmeausrüstung.

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Weiterentwicklung und Erprobung von Ausrüstung und Verfahren zur biomedizinischen Probennahme und zur Identifizierung biologischer Kampfstoffe sowie anderer hochkontagiöser menschlicher Krankheitserreger unter Feldbedingungen

Methoden zum Nachweis von biologischen Kampfstoffen und anderen hochkontagiösen Krankheitserregern unterliegen einem ständigen technischen Weiterentwicklungsprozess. Gleiches gilt für Ausrüstung zum Schutz für medizinisches Personal bei der Probennahme und bei der Durchführung von Laboruntersuchungen. Allerdings werden die spezifischen Anforderungen an die militärische Einsetzbarkeit unter Feldbedingungen typischerweise von den Anbietern nicht berücksichtigt.
Ziele sind:
1. Erprobung von Ausrüstung, Geräten und Verfahren auf die sanitätsdienstliche Anwendbarkeit im Rahmen des Medizinischen B-Schutzes bei Probennahme, Probentransport und Diagnostik unter Feldbedingungen und einfachen Laborbedingungen,
2. Weiterentwicklung von Verfahren zur Probennahme, Diagnostik und biologischen Schutzmaßnahmen auf der Basis kommerziell verfügbarer Lösungen für die Anwendung unter Feldbedingungen und unter einfachen Laborbedingungen.

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Pflege und Erweiterung der Stammsammlung bakterieller B-Agenzien. Optimierung der qualitätsgesicherten Antigen- und Nukleinsäurepräparation bakterieller B-Agenzien. Charakterisierung und Typisierung von Bakterienstämmen

Eine qualitätsgeprüfte und gut charakterisierte Stammsammlung relevanter B-Erreger ist eine grundlegende Voraussetzung für die Entwicklung sensitiver und vor allem spezifischer Nachweisverfahren für eine akkurate Diagnostik sowie für forensische Analysen bakterieller B-Agenzien.
Ziel des Projekts ist die eingehende Charakterisierung der vorhandenen Stammsammlung zum Aufbau einer Referenzdatenbank für B-Erreger. Dies soll durch die Anwendung qualitätsgesicherter Antigen- und Nukleinsäurepräparation sowie validierter Nachweis- und Typisierungsverfahren erreicht werden. Die Arbeiten werden in internationaler Zusammenarbeit durchgeführt.

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Massenspektrometrische Identifizierung und Charakterisierung von bakteriellen B-Agenzien und Toxinen

Eine zweifelsfreie Identifizierung von B-Agenzien erfordert die Anwendung grundsätzlich unterschiedlicher Techniken. Neben molekularen Methoden ist die Eignung von massenspektrometrischen Verfahren für eine schnelle und zuverlässige Identifizierung von Bakterien und Proteinen unbestritten. Voraussetzung zur zuverlässigen Identifizierung ist jedoch eine Datenbank, die für B-Agenzien bisher erst ungenügend generiert wurde, derzeit aber stetig erweitert wird. Die Generierung eigener Spektren für B-relevante Agenzien sowie die Implementierung der offiziell erhältlichen B-Datenbank wird die Identifizierung von potenziellen bakteriellen B-Kampfstoffen und biologischen Toxinen mittels Massenspektrometrie ermöglichen. Zudem wird eine Subtypisierung für einige Bakterienspezies möglich sein, die wiederum auch zu forensischen Zwecken dient.

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Evaluierung des Gerätes PLEX-ID mit dem Erregerspektrum B-Agenzien inklusive relevanter Non-Target-Erreger

Die Technologie zum universellen Nachweis von Infektionserregern auf der Basis von Nukleinsäureamplifikation und massenspektrometrischer Identifizierung (PLEX-ID Technologie) stellt ein schnelles und empfindliches diagnostisches Testverfahren bereit, mit dem es erstmals möglich wird, nahezu ungezielt in einem komplexen Ansatz die gesamte Bandbreite möglicher Erreger zu erfassen. Am Anfang eines diagnostischen Gesamtablaufs integriert, werden durch die Methode die vorhandenen Möglichkeiten einer gezielten Diagnostik hervorragend ergänzt und eine bisher bestehende Fähigkeitslücke wird geschlossen. Damit wird die Diagnostik von B-Gesundheitsstörungen wesentlich verbessert.

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Antimikrobielle Empfindlichkeitstestung B-Waffen-relevanter Erreger

Die Resistenzspektren hochpathogener Krankheitserreger sind bislang wenig beschrieben. Die Resistenzentwicklung von Bakterien gegen hochwirksame Antiinfektiva stellt ein weltweites Problem dar und die absichtlichen Veränderungen von B-Waffen-fähigen Erregern hinsichtlich der Antibiotikaresistenz ist zu erwarten. Eine richtige und frühzeitig begonnene Initialtherapie führt drastisch zur Senkung der Mortalität bei schweren Infektionen. Die als potentielle B-Waffen geeigneten bakteriellen Erreger müssen daher zuverlässig auf Resistenzentwicklung überprüft werden.
Ziele:
1. Resistenzen gegenüber Antibiotika der B-Waffen-relevanten Erreger schnell und zuverlässig erkennen, um in kürzester Zeit Prophylaxe- und Therapievorschläge abzugeben.
2. Gängige Verfahren sollen etabliert, angewandt und weiterentwickelt werden.
3. Molekulare Ursachen der Antibiotikaresistenz, wie Resistenzplasmide, Gentransfer oder Mutationen sollen analytisch erforscht werden.

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Phänotypische und molekulare Typisierung von Yersinia pestis-Stämmen aus der Mongolei zum Aufbau von Datenbanken für bioforensische Nachweisanalysen

Yersinia (Y.) pestis ist der Erreger der Pest, einer lebensbedrohlichen Erkrankung. Es handelt sich dabei um einen potenziellen B-Kampfstoff, der vom Center for Disease Control and Prevention (CDC) der höchsten Gefahrenstufe (Kategorie A) zugeordnet wird. In einem Ausbruchszenario oder bei einem absichtlichen Ausbringen des Erregers ist dessen eindeutige Identifizierung oder eine Rückverfolgung seiner Herkunft von besonderer Wichtigkeit. Um dies zu gewährleisten, muss von einer möglichst großen Anzahl verschiedener Isolate ein sogenannter genetischer Fingerabdruck erstellt werden. Dieser wird mithilfe molekularer Typisierungsmethoden erstellt. Die Daten werden anschließend in einer Datenbank hinterlegt. Eine Datenbankabfrage ermöglicht eine eindeutige Identifizierung und somit eine gezielte Rückverfolgung der Herkunft eines bestimmten Isolats. Voraussetzung für eine positive Identifizierung ist jedoch ein entsprechender Eintrag in der Datenbank.
Ziel des Projekts ist die Erweiterung der Datenbank durch die Erstellung genetischer Fingerabdrücke von bisher nur unzureichend charakterisierten Y. pestis-Stämmen aus Zentralasien. Dadurch soll die Treffsicherheit bei forensischen Analysen verbessert werden. Zudem werden aufgrund der molekularen Typisierungen Daten generiert, die ein besseres Verständnis der Evolution von Yersinia pestis erlauben.

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Immunchromatographischer Schnelltest zum Nachweis von Krim-Kongo Hämorrhagischem Fieber Virus (CCHFV)

Das Krim-Kongo Hämorrhagische Fieber (CCHF) ist in mehreren Einsatzgebieten der Bundeswehr endemisch. Derzeit fehlt die Fähigkeit zur serologischen Bestätigung einer CCHF-Exposition und einer daraus abgeleiteten Durchseuchungsanalyse in diesen Einsatzgebieten.
Ziele sind die Herstellung rekombinanter Oberflächenproteine des CCHF-Virus im Milligramm-Maßstab und Entwicklung eines Nitrozellulose-basierten Streifentests zum Nachweis von Antikörpern gegen CCHFV einschließlich einer detaillierten Dokumentation aller Entwicklungsschritte sowie die Durchführung einer Validationsstudie mit Serumproben von Überlebenden bestätigter CCHF-Infektionen.

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Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME): Isolierung und Charakterisierung zirkulierender Virusstämme

Die Pathogenitätsmechansimen der FSME-Viren sind bisher nicht charakterisiert; in Deutschland zirkulierende Virusstämme und deren Pathogenitätspotenzial sind unbekannt.
Ziele dieses Projektes sind die Erstellung einer Virusstammsammlung für FSME-Viren, der Vergleich der molekularen Charakteristika und Replikationseigenschaften verschiedener Stämme und Subtypen und die Identifizierung von Pathogenitätsmerkmalen auf genomischer Ebene.

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Funktioneller Genom- und Proteomvergleich von Coxiella burnetii zur Diagnostik und Therapieentwicklung des Q-Fiebers einschl. Untersuchung der Wechselwirkung der „Host-Pathogen“ Interaktion auf der Ebene der RNA Transkripte beim Menschen

Coxiella burnetii wird als potenzieller biologischer Kampfstoff angesehen, dessen Nachweis mittels klassischer mikrobiologischer Verfahren nur selten gelingt.. Die Zusammenhänge der Auseinandersetzung des Erregers mit dem humanen Immunsystem sind noch wenig untersucht. Parameter zur Verlaufsbeurteilung eines Q-Fiebers, besonders bei bestimmten Risikogruppen (Schwangere, immunkomprimierte Personen), aber auch zur Ein- bzw. Abschätzung einer ggf. eintretenden Chronifizierung fehlen.
Ziel ist es, durch Untersuchungen der humanen Immunantwort auf Ebene der RNA-Transkripte neue Ansätze in der Therapie, Diagnostik und Prophylaxe (z.B. Impfungen) des Q-Fiebers zu gewinnen.

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Aufbau eines real-time PCR basierten Testkits zur Point-of-Care Diagnose sicherheits-relevanter Erreger (B-Pathogen-Panel)

Gegenstand des Vorhabens ist die Entwicklung und Produktion Nukleinsäure-basierter Testkits zur sicheren Diagnose der wichtigsten sicherheitsrelevanten Erreger mittels eines neuartigen real-time PCR-Verfahrens, wobei eine einfache Probennahme vor Ort, ein gefahrloser Versand von Probenmaterial und die schnelle Identifizierung des Erregers und seines Resistenzspektrums sowie die Archivierung des Probenmaterials für forensische/epidemiologische Analysen gewährleistet sein sollen.

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Quality Assurance Exercises and Networking on the Detection of Highly Infectious Pathogens

Für die Diagnostik im Medizinischen B-Schutz stellt die europäische in-vitro-Diagnostika-Richtlinie und die Richtlinie der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung laboratoriumsmedizinischer Untersuchungen hohe Anforderungen. Dazu gehört auch, dass alle Tests und Arbeitsabläufe in ein Qualitätsmanagementsystem eingebunden werden und eine externe Qualitätssicherung erfolgt. Die externe Qualitätskontrolle kann national und international in militärischen und zivilen Diagnostik- und Forschungsverbünden, insbesondere durch die Teilnahme an kommerziell angebotenen Ringversuchen erfolgen, bei denen Probenmaterialien von unabhängigen Stellen versandt und die Untersuchungsergebnisse bewertet werden. Derzeit existiert für viele Diagnostik-Parameter im medizinischen B-Schutz keine kommerziell verfügbare externe Qualitätskontrolle.
Ziel des Vorhabens ist, die externe Qualitätskontrolle für folgende Parameter zu erfüllen: Bakteriologische Kultur und molekularbiologische Diagnostik von Bacillus anthracis, Brucella spec., Burkholderia mallei und B. pseudomallei, Francisella tularensis, Yersinia pestis und die molekularbiologische Diagnostik von Coxiella burnetii und verschiedenen Viren (z.B. Krim-Kongo-Hämorrhagisches-Fieber-Virus).

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Inaktivierung potentieller bakterieller B-Kampfstoffe durch metallische Kupferoberflächen

Bacillus anthracis, Brucella spp., Burkholderia mallei, Burkholderia pseudomallei, Francisella tularensis oder Yersinia pestis führen zu schweren, oft tödlich verlaufenden Krankheiten. Dies und die Möglichkeit der Übertragung durch Aerosole, aber auch durch Kontakt mit kontaminierten Gegenständen führt dazu, dass diese Erreger als potenzielle B-Kampfstoffe angesehen werden. Teilweise wurden sie bereits bei staatlichen B-Waffenprogrammen als solche munitioniert. Verfahren zur Prävention/Dekontamination oder Verringerung der Übertragungsrate dieser Bakterien über Oberflächen erfordern einen hohen hygienischen Aufwand, der oft in der Routine nicht konsequent eingehalten wird. Der Einsatz selbstdesinfizierender Oberflächen zur Verringerung der Lebendkeimzahl und damit der Infektionsgefahr ist bisher eine finanzielle Herausforderung. Während eine Reihe von Mikroorganismen durch einfache Oberflächen aus Kupfer(legierungen) rasch abgetötet werden, wurde dies für bakterielle B-Kampfstoffe bisher noch nicht gezeigt. Ferner besteht die potentielle Gefahr, dass die Bakterien durch Kontakt mit metallischem Kupfer in einen lebensfähigen, aber nicht mehr kultivierbaren Zustand (VBNC) eintreten, in dem sie dennoch Pathogenität erhalten können.
Ziele sind der Nachweis der schnellen und vollständigen Inaktivierung bakterieller B-Kampfstoffe durch metallische Kupferoberflächen sowie der Nachweis, dass metallische Kupferoberflächen nicht den VBNC-Status in bakteriellen B-Kampfstoffen hervorrufen.

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Stand vom: 02.12.13


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