Dissertation

Molecular Diagnosis of Polymicrobial Brain Abscesses with 16S rDNA-Based Next Generation Sequencing

Stebner, Alexander

2021

Overview

Hintergrund und Ziele: Bei bakteriellen Hirnabszessen handelt es sich um eine zwar seltene Erkrankung, die jedoch auch zur heutigen Zeit noch immer mit einer hohen Letalität einhergeht. Die Pathogenese eines Hirnabszesses kann auf mehreren Ursachen beruhen. Kommt es beispielsweise bei einem Schädel-Hirn-Trauma zu einer Fraktur der Schädelkalotte, so kann sich ein Hirnabszess durch direkte Kontamination ausbilden. Das gleiche gilt für neurochirurgische Eingriffe am offenen Gehirn. In diesen beiden Fällen entstehen häufiger epidurale als intrazerebrale Abszesse. Eine weitere Möglichkeit der Entstehung wäre als Aussaat eines lokalen Fokus in einem der Schädelhöhle benachbarten Pneumatisationsraum, beispielsweise bei einem desolaten Zahnstatus, einer Mastoiditis oder Sinusitis. Auf hämatogenem Wege können Hirnabszesse im Rahmen einer Bakteriämie oder Sepsis entstehen. Nicht selten liegt bei den Betroffenen eine verminderte Immunabwehrsituation, wie z.B. AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome) nach einer HIV (Human Immunedeficiency Virus) -Infektion oder eine medikamentöse Immunsuppression bei Zustand nach Organtransplantation vor. Von einer Infektion können alle Bevölkerungsschichten und alle Altersgruppen betroffen sein. Die klassische Symptom-Trias besteht aus Kopfschmerzen, begleitet von Fieber, sowie oftmals einem fokalen neurologischen Defizit. Kontrastmittelgestützte computertomographische oder magnetresonanztomographische Untersuchungen helfen, die Diagnose zu stellen. In den meisten Fällen ist eine neurochirurgische Intervention notwendig. Zum einen therapeutisch, um den durch den Abszess entstandenen Hirndruck zu senken und eine Einklemmung mit Druckschädigung von Teilen des Gehirns zu verhindern und zum anderen diagnostisch für die Gewinnung einer mikrobiologischen Probe zur Identifizierung der auslösenden Erreger. Im Anschluss daran folgt eine empirische antibiotische Therapie und meist ein langwieriger Aufenthalt auf einer Intensivstation, sodass die Gesamttherapiedauer meistes zwischen 6-8 Wochen liegt. Während der initialen Behandlung versucht man, das Erregerspektrum zu ermitteln, um auf eine gezielte Therapie umzustellen. Da in der heutigen Zeit viele Patienten bereits antibiotisch vorbehandelt sind, treten hierbei bereits die ersten Schwierigkeiten auf. Oftmals gelingt eine kulturelle Anzucht der Erreger nicht, weil das Keimwachstum durch wirksame Antibiotikaspiegel gehemmt ist. Eine Alternative zur Kultur stellt die PCR (polymerase chain reaction) basierte Sanger-Sequenzierung dar. Hierfür benötigt man lediglich die DNS, beziehungsweise im speziellen Fall der bakteriellen Infektion die 16S rDNS. Anhand der Basensequenzen lassen sich die unterschiedlichen Bakterien differenzieren. Doch auch hier gibt es insbesondere dann diagnostische Einschränkungen, wenn es sich um eine polymikrobielle Infektion handelt, bei welcher die klassische Sequenzierung kein eindeutiges Ergebnis liefern kann. Abhilfe schaffen in solchen Fällen die Methoden der nächsten Generation der Sequenzierung („Next Generation Sequencing“) im Sinne einer synchronen Sequenzierung von multiplen DNS-Strängen. Dies gelang bereits in einer Vielzahl von polymikrobiellen Infektion, darunter auch in einigen wenigen Studien bei Hirnabszessen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Ergebnisse von vorangegangenen Studien zu verifizieren und die Aussagekraft der Methode zu verbessern. Zusätzlich zu Hirnabszessproben wurden auch Materialien von Patienten mit einer Meningitis-Infektion untersucht, da man hier meist von einem einzelnen pathogenen Erreger ausgeht. Dies soll helfen, zwischen falsch positiven und richtig positiven Signalen zu unterscheiden und damit die Anfälligkeit dieser Sequenzierungsmethode für Fehler und Kontaminationen zu ermitteln.Methoden:Es wurden 79 Proben von Patienten mit Meningitis- und Hirnabszess-Infektionen aus den Jahren 2010 bis 2016 am mikrobiologischen Institut in Erlangen untersucht. Im Rahmen der diagnostischen Aufarbeitung erfolgte neben einer konventionellen mikrobiologischen Anzucht und Färbung nach Gram auch in vielen Fällen eine Sanger-Sequenzierung.

• Publisher: ProQuest Dissertations & Theses
• Subject: Acquired immune deficiency syndrome / AIDS / Diabetes / HIV / Human immunodeficiency virus / Medicine / Meningitis / Public health / Sinusitis
• ISBN: 9798383067598