Flüchtige organische Substanzen (VOC) von Erreger und Wirt als Biomarker bakterieller Infektionen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Petra Reinhold, Ph.D.; Professor Dr. Jochen Schubert
• Fachliche Zuordnung: Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 219411486

In dem seit 05/2012 laufende Projekt konnten flüchtige organischer Substanzen (VOC; volatile organic compounds) als Biomarker bakterieller Infektionen identifiziert werden. Die VOC Biomarker ermöglichten die Unterscheidung genetisch verschiedener Mycobacterium avium subspezies paratuberculosis (MAP) Stämme, die Charakterisierung verschiedener Wachstumszustände und die Identifizierung von MAP-Infektionen und Wirtsreaktionen im Infektionsmodell an Ziegen. Die im Fortsetzungsantrag konzipierten Untersuchungen konzentrieren sich weiterhin auf MAP, verfolgen jedoch nun das Ziel, die in der ersten Förderphase identifizierten VOC-Marker-Sets unter Feldbedingungen bezüglich ihrer Robustheit zu evaluieren. Hierfür sollen Tiere (Ziegen und Rinder) untersucht werden, die eine MAP-Infektion auf natürlichem Wege erworben haben. Durch Untersuchung von VOCs aus Kot und Atemluft dieser spontan infizierten Tiere soll geprüft werden, ob die im experimentellen Ziegenmodell evaluierten Ergebnisse auf andere Tierarten (speziell Rind) sowie auf natürlich erworbene MAP-Infektionen übertragbar sind. Konkret sind folgende Untersuchungen geplant:. - In Ziegen- und Rinderherden mit definiertem Infektionsstatus werden individuelle VOC-Profile im Atemgas und im Headspace über Kotproben bestimmt. Parallel dazu wird der MAP-Status der Einzeltiere anhand kultureller Anzüchtung von Mykobakterien aus dem Kot ermittelt. Mögliche Co-Infektionen werden ausgeschlossen oder (wenn vorhanden) bezüglich ihres Einflusses auf die VOC-Marker evaluiert.- Begleitende Untersuchungen konzentrieren sich auf native Kot- und Gewebeproben von MAP-positiven und MAP-unverdächtigen Rindern und Ziegen. Es wird geprüft, welchen Einfluss die Probenmatrix (Kot, Gewebe) auf die VOC-Muster in biologischen Proben hat.- Vor Ort Messungen mit kontinuierlichen Analyseverfahren (Echtzeit-Massenspektrometrie) unter Feldbedingungen sollen Auskunft über die Variabilität der VOC-basierten Biomarker im zeitlichen Verlauf liefern (z. B. Schwankungen im Tagesverlauf und von Tag zu Tag). - Ergänzende Untersuchungen der Stallluft sollen zeigen, ob volatile Signaturen dort nachweisbar sind und eine mögliche Grundlage für eine vereinfachte diagnostische Anwendung liefern können. Mit Abschluss des Projektes sollen fundierte wissenschaftliche Grundlagen als Basis für die Entwicklung schneller Detektionssystemen für eine nicht-invasive Erfassung von MAP-Infektionen am lebenden Tier bzw. im Tierbestand sowie für MAP-Wachstum in vitro vorliegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Heike Uta Köhler; Professor Dr. Volkmar Liebscher; Dr. Wolfram Miekisch; Dr. Mario Ziller