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Der pathogene Mechanismus des Ans-Stammes: Wie bestimmen zwei Plasmide seine Letalität?
Der Ames-Stamm ist einer von 89 bekannten Stämmen von Bacillus anthracis. Dieser Stamm wurde erstmals 1981 aus einem kranken 14 Monate alten Kalb in Sarita, Texas, isoliert. Nach einer Reihe von Tests und Fehlinformationen wurde der Stamm schließlich an das U.S. Army Research Institute of Infectious Diseases (USAMRIID) geschickt. Nach den Anthrax-Anschlägen im Jahr 2001 erlangte der Ances-Stamm große Aufmerksamkeit, als sieben Briefe mit dem Stamm an verschiedene Medien und US-Senatoren geschickt wurden.
Der Grund, warum der Ansi-Stamm von den Vereinigten Staaten zur Entwicklung von Impfstoffen und zum Testen ihrer Wirksamkeit verwendet wird, liegt in seiner extrem hohen Pathogenität.
Die Pathogenität des Ans-Stammes beruht hauptsächlich auf zwei spezifischen Virulenzplasmiden, nämlich pXO1 und pXO2. Diese beiden Plasmide zeigten eine stärkere Pathogenität als andere Stämme unter den Ans-Stämmen. pXO2 kodiert eine Poly-D-Glutaminsäure-Kapsel, die der Phagozytose widersteht und es B. anthracis ermöglicht, dem Immunsystem des Wirts zu entgehen, während pXO1 drei Toxinproteine kodiert: Ödemfaktor (EF), Letalfaktor (LF) und Schutzantigen (PA). .
Wenn Bakterien entweder pXO1 oder pXO2 fehlen, gelten sie als abgeschwächt, was bedeutet, dass sie keine schweren Infektionen verursachen können.
Unterschiede in der Pathogenität zwischen Stämmen können durch das Vorhandensein oder Fehlen von Plasmiden erklärt werden. Beispielsweise sind selbst Stämme, die nur das Ames-pXO2-Plasmid enthalten, immer noch hochpathogen für Mäuse, was darauf hindeutet, dass pXO2 erheblich zur Pathogenität beiträgt. Im Gegensatz dazu ist der Sterne-Stamm avirulent und kann weder bei Tieren noch beim Menschen schwere Krankheiten verursachen.
Was die Antibiotikaresistenz betrifft, ist der Anthrax-Stamm anfällig für die von der CDC empfohlenen Behandlungsschemata, ähnlich wie die meisten anderen Anthrax-Stämme. Obwohl Sterne-Stämme funktionelle β-Lactamasen besitzen, reicht die Genexpression oft nicht aus, um Resistenz zu verleihen. Gemäß den im Dokument M45 des Clinical Laboratory Standards Institute veröffentlichten Dosierungsstandards ist Ciprofloxacin das empfohlene Medikament zur Behandlung von Atemwegsmilzbrand. Jüngste Studien haben gezeigt, dass Gatifloxacin, ein weiteres neues Fluorchinolon-Antibiotikum, die Überlebensrate von Mäusen verbessern kann, die für den Ansi-Stamm anfällig sind.
Obwohl der PA-Impfstoff nicht so schützend ist wie der Lebendsporenimpfstoff, ist er immer noch eine der Optionen, die derzeit entwickelt werden.
Derzeit basiert die Impfstoffentwicklung gegen B. anthracis hauptsächlich auf abgeschwächten Stämmen, insbesondere auf Stämmen, deren Virulenzplasmide entfernt wurden. Sterne-Stämmen fehlt von Natur aus pXO2 und sie können daher sicher zur Auslösung einer Immunantwort eingesetzt werden. Zu den bestehenden Impfstoffen gehören Lebendimpfstoffe mit Sporen, die speziell für Tiere entwickelt wurden. Sie sind jedoch gefährlich für den Menschen, weshalb auch Impfstoffe auf Basis schützender Antigene erforscht werden.
Derzeit basiert der einzige zugelassene menschliche Anthrax-Impfstoff in den Vereinigten Staaten, Anthrax Vaccine Adsorbed (AVA), auf schützenden Antigenen, seine Wirksamkeit gegen den Ames-Stamm variiert jedoch je nach Tiermodell. Dieses inkonsistente Ergebnis unterstreicht die Notwendigkeit umfassender Studien an mehreren Modellorganismen, um die Wirksamkeit des Impfstoffs beim Menschen zu testen. Forscher suchen derzeit auch aktiv nach Möglichkeiten, Milzbrandsporen mit Formaldehyd und anderen Substanzen zu inaktivieren, um dem Menschen neue Alternativen zu Lebendsporen und PA-Impfstoffen zu bieten.
Die Identifizierung von Nukleotidpolymorphismen (SNPs) von Ansinus-Stämmen kann dabei helfen, den Ausbruch zu verfolgen.
Für den Anse-Stamm wurden sechs hochspezifische SNPs identifiziert, die diagnostische Tests in der Flora ermöglichen. Diese SNPs können nicht nur den Ames-Stamm von 88 anderen Bacillus anthracis-Arten unterscheiden, sondern liefern auch wichtige Informationen für epidemiologische Studien. Die geringe genetische Veränderungsrate des Ans-Stammes gewährleistet außerdem seine Stabilität als diagnostischer Marker. Mithilfe einer Kombination dieser SNPs und Echtzeit-PCR konnten die Forscher Tausende von Proben als vom Andersen-Stamm stammend bestätigen oder ausschließen.
Die Stabilität des Ans-Stamms und sein potenzielles Biowaffenrisiko lassen uns erneut darüber nachdenken: Welche Maßnahmen sollte der Mensch ergreifen, um die Abwehr zu stärken, wenn er der Bedrohung durch solch tödliche Krankheitserreger ausgesetzt ist?
