IFoTox-2013

Kongressbericht Interdisciplinary Forum on Toxoplasmosis – IFoTox-2013 Vom 14.-16.03.2013 fand in Göttingen das Interdisciplinary Forum on Toxoplasmosis – IFoTox-2013 statt. Es war Teil einer Veranstaltungsreihe der Fachgruppe ‚Eukaryotische Krankheitserreger‘ der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) und wurde unter anderem auch von der DGP unterstützt. Für Organisation und Durchführung zeichnete Prof. Carsten Lüder, Institut für Medizinische Mikrobiologie der Universität Göttingen verantwortlich, die wissenschaftliche Leitung erfolgte durch ihn zusammen mit Prof. Dirk Schlüter (Magdeburg) und Prof. Frank Seeber (Berlin). Insgesamt haben 78 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am IFoTox-2013 teilgenommen, darunter 21 eingeladene Sprecherinnen und Sprecher aus Deutschland, dem europäischen Ausland und Amerika. Die interdisziplinäre Ausrichtung der Veranstaltung spiegelte sich in dem Spektrum der Teilnehmerinnen und Teilnehmer wieder; Infektions- und Molekularbiologen, Immunologen und Epidemiologen waren ebenso vertreten wie Kliniker, Veterinäre, niedergelassene Ärzte und Lebensmittelhygieniker. David Sibley, St. Louis, USA, gab in einem Eröffnungsvortrag einen Überblick über Populationsbiologie und Virulenzeigenschaften von Toxoplasma gondii. Molekulargenetische Eigenschaften von insgesamt etwa 950 Toxoplasma-Stämmen aus unterschiedlichen Regionen der Welt haben zur Definition von 6 Hauptpopulationsgruppen mit insgesamt 15 sogenannten Haplotypen geführt. Kreuzungsexperimente zwischen Parasiten der drei bisher am besten untersuchten Genotypen I, II und III haben zur Identifikation von polymorphen Virulenzfaktoren der Rhoptrien- und Dichte Granula-Proteine geführt, die die unterschiedliche Virulenz im Mausmodell der Toxoplasmose regulieren. Dabei handelt es sich um sekretierte Proteine des Parasiten, die in Signalkaskaden der Wirtszelle eingreifen und damit Immunabwehrmechanismen des Wirtes unterlaufen. Damit gelang es erstmalig, Virulenzfaktoren von T. gondii überhaupt zu identifizieren und die Regulation von Wirtsimmunmechanismen als zentralen Faktor der Pathogenese der Toxoplasmose im Mausmodell darzustellen. Eskild Petersen, Aarhus, Dänemark, eröffnete die Sektion ‚Klinik der Toxoplasmose‘ mit einem Vortrag zur kongenitalen Toxoplasmose, die nach wie vor eine der wichtigen schwangerschaftsrelevanten Infektionen u.a. in Europa darstellt. Ein Vergleich von pränatalen und neonatalen Toxoplasmose-Screening-Programmen in Europa deutet laut Petersen auf eine Reduktion von schweren Infektionsverläufen bei pränataler Diagnostik und möglichst frühzeitiger therapeutischer Intervention im Vergleich zur späteren neonatalen Diagnostik hin. Allerdings stehen diesem Vorteil unerwünschte Nebeneffekte der Chemotherapeutika und die Notwendigkeit eines möglichst engmaschigen ScreeningProgramms der Schwangeren gegenüber. Um zumindest die Belastung der Schwangeren aufgrund einer häufigen Diagnostik zu vermindern, ist die Entwicklung eines zu Hause selbst durchführbaren Testverfahrens unter Verwendung von Speichelproben laut Petersen besonders wünschenswert. Diesem Vorschlag konnten sich in der anschließenden Diskussion nicht alle anschließen. Justus Garweg, Bern, Schweiz, hob hervor, dass die okuläre Toxoplasmose die wohl wichtigste Komplikation einer Toxoplasma-Infektion im Erwachsenenalter darstellt und sehr viel häufiger vorkommt als bisher angenommen. Okuläre Toxoplasmose nach postnatal erworbener Infektion von Immungesunden ist deutlich häufiger als die okuläre Toxoplasmose nach kongenitaler Infektion. Untersuchungen zur Pathogenese der Augentoxoplasmose sind nach wie vor dadurch erschwert, dass ein valides Tiermodell fehlt. Der Einfluss von T. gondii auf das Verhalten seiner Wirte ist wohl eines der am kontroversesten diskutierten Themen der letzten Jahre auf dem Gebiet der klinischen Toxoplasmose. Beim IFoTox-2013 wurde das Thema von Jaroslav Flegr, Prag, Tschechische Republik, einem der Protagonisten der sogenannten Manipulationstheorie, vertreten. In Mäusen und Ratten ist der Verlust von angeborener Angst vor dem Endwirt von T. gondii, der Katze, experimentell gut dokumentiert. Verschiedene Studien und Metaanalysen deuten darüber hinaus aber auch auf Verhaltensänderungen (z.B. verminderte

psychomotorische Aktivität, erhöhtes Risiko, Autounfälle zu verursachen) und eine erhöhte Anfälligkeit für psychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie in infizierten Menschen hin. Einschränkend wurde hervorgehoben, dass diese Assoziationsstudien keine Rückschlüsse auf Ursache und Wirkung zulassen. Inwieweit Dopamin, Testosteron oder ein veränderter Tryptophanmetabolismus an der Pathogenese dieser möglichen Manifestationen einer Toxoplasma-Infektion beteiligt sind, bleibt ebenfalls abzuwarten. Marie-Laure Dardé, Limoges, Frankreich, referierte über den aktuellen Stand zum Einfluss unterschiedlicher Genotypen von T. gondii auf den Infektionsverlauf im Menschen. Die Verteilung der heute definierten 15 Haplotypen zeigt deutliche geographische Unterschiede. Dies hat offensichtlich auch Auswirkungen auf den klinischen Verlauf, da in Südamerika und Afrika Infektionen, die zu schweren Augenkomplikationen führen, deutlich häufiger vorkommen als in Europa oder Nordamerika. Dort kommen hauptsächlich Parasiten des klonalen Typs II vor, die offensichtlich eine geringere Virulenz aufweisen. Interessanterweise zeigen neuere Studien aus den USA und Frankreich, dass schwere Infektionsverläufe auch in diesen Regionen häufiger durch Nicht-Typ II-Stämme verursacht werden. Gereon Schares, Wusterhausen, Deutschland, stellte Daten zur Populationsstruktur von T. gondii in Hauskatzen, Füchsen und Wildkatzen in Deutschland vor. Analysen von aus Kot dieser Tiere isolierten Toxoplasma-Parasiten bestätigte eine Dominanz von Typ II-Stämmen in Deutschland. Interessanterweise wurden in Hauskatzen aber auch atypische Stämme und ein Typ III-Stamm isoliert. Diese unterschieden sich deutlich in ihrer Virulenz in Mäusen. In der folgenden Sektion wurden neueste grundlagenwissenschaftliche Erkenntnisse zur Parasit-Wirt-Interaktion während der Toxoplasmose diskutiert. Dominique Soldati-Favre, Genf, Schweiz, referierte über die molekularen Mechanismen der aktiven, Parasitengetriebenen Invasion von Wirtszellen durch T. gondii. Neben Motilitäts- und Invasionsfaktoren wie dem Aktin-Myosin-Motorkomplex, Adhäsinen und Proteasen wurden in den vergangenen Jahren verschiedene Rhoptrienproteine als wichtige Regulatoren der Wirtszellinvasion erkannt. Neueste Arbeiten aus dem Soldati-Favre Labor zeigten, dass das ‚Armadillo Repeat Only‘ Protein (TgARO) für das korrekte Targeting der Rhoptrien an den apikalen Pol des Parasiten essentiell ist. TgARO Knockout Parasiten zeigen daher auch einen starken Defekt in der Wirtszellinvasion. Carsten Lüder, Göttingen, Deutschland, wies in seinem Vortrag auf die Bedeutung von Immunevasionsmechanismen von T. gondii hin. Sie ermöglichen ein Überleben des Parasiten auch in immunkompetenten Wirten und sind für die Etablierung chronischer Infektionen wahrscheinlich von entscheidender Bedeutung. So ist der Parasit in der Lage, durch Veränderungen im Wirtszell-Chromatin die Expression von IFN- -regulierten Genen in infizierten Makrophagen weitgehend zu inhibieren. Während das hierfür verantwortliche Effektorprotein des Parasiten bisher nicht identifiziert werden konnte, werden die Immunity-related GTPases (IRGs) und die NF- B-regulierte Genexpression durch die polymorphen Rhoptrienproteine ROP5 und ROP18 bzw. ROP 16 gehemmt. Jeroen Saeij, Cambridge, USA, hob in diesem Zusammenhang die Bedeutung von Wirtsspezies bzw. Wirtsgenotyp hervor. So sind ROP 5 und 18 zwar in Mauszellen, nicht aber in humanen Zellen entscheidend an der Evasion von Immuneffektormechanismen beteiligt. In Arbeiten an Lewis-Ratten, die eine sterile Immunität gegenüber Toxoplasma-Infektionen aufweisen, wurde kürzlich das NLRP1b-Inflammasom als entscheidender Faktor für Resistenz gegenüber dem Parasiten identifiziert. Dies ist insofern interessant, da NLRP1 auch im Menschen die Suszeptibilität gegenüber Toxoplasma beeinflusst. In verschiedenen europäischen Ländern werden nach wie vor kontroverse Konzepte bei Screening und Therapie von pränatalen Toxoplasma-Infektionen vertreten, wie Francois Peyron, Lyon, Frankreich, in der Sektion Therapie und Prävention ausführte. Während Spiramycin trotz geringer mikrobizider Aktivität die Übertragungsrate auf den Fötus vermindern kann, scheint nach erfolgter pränataler Übertragung eine pränatale Therapie mit Pyrimethamin und Sulfadiazin die Wahrscheinlichkeit von Folgeschäden zu vermindern. Auch nach Geburt sollte eine Therapie mit Pyrimethamin und Sulfadiazin für ein Jahr fortgesetzt werden. Allerdings muss der offensichtlich positive Effekt einer möglichst frühzeitigen Diagnose der pränatalen Infektion und Initiierung der Therapie der 2

Verunsicherung der Schwangeren gegenübergestellt werden. Frank Seeber, Berlin, Deutschland, plädierte in seinem Vortrag für Anstrengungen zur Identifikation und Charakterisierung neuer Targets für die Chemotherapie der Toxoplasmose. Ziel sollte dabei auch die Eradikation des persistierenden Bradyzoitenstadiums sein, das durch die heute verfügbaren Chemotherapeutika nicht angreifbar ist. Mit dem Ferridoxin-Redoxsystem und der Lipoatligase wurden in den letzten Jahren neue potentielle Targets des Parasiten identifiziert. Wolfgang Bohne, Göttingen, Deutschland, referierte über 1-Hydroxyquinolon (HDQ) als vielversprechendes mögliches Therapeutikum zur Behandlung der Toxoplasmose. HDQ und Derivate davon inhibieren verschiedene Targets in T. gondii; u.a. wird die alternative NADH-Dehydrogenase und damit die Atmungskette des Parasiten sowie die Dihydroorotat-Dehydrogenase durch HDQs gehemmt. Um bereits die Übertragung von T. gondii auf den Menschen zu verhindern, plädierte Aize Kijlstra, Lelystad, Niederlande, dafür, die Anstrengungen für Toxoplasma-freie Lebensmittel zu intensivieren. Obwohl die Seroprävalenz in Schlachtschweinen in den 60er bis 90er Jahren des letzten Jahrhunderts deutlich abgenommen hatte, hat der Verbraucherwunsch nach Bio-Schweinefleisch von entsprechend geführten Bauernhöfen neuerdings wieder zu einer Zunahme der Infektionen in diesen Tieren geführt. Vor allem Freilufthaltung, Nagetierkontakt, Zugang von Katzen zu Ställen und Freiflächen, sowie das Verfüttern von nicht-pasteurisierter Schafs- und Ziegenmilch wurden als wichtige Faktoren für Infektionen von Schlachtschweinen identifiziert. Die Systembiologie bietet nach Ansicht von Jonathan Wastling, Liverpool, UK, neue Möglichkeiten, das Wissen über Toxoplasma selber, aber auch die Parasit-Wirt-Interaktion entscheidend zu erweitern. Genomdaten von zurzeit drei Toxoplasma-Stämmen sowie Daten zum Epigenom, Transkriptom, Proteom und Phosphoproteom sind verfügbar (www.toxodb.org). Aufgrund der heute bekannten größeren Genomvariabilität von T. gondii (siehe oben) wird zurzeit an der Sequenzierung von ca. 60 weiteren (auch atypischen) Toxoplasma-Stämmen gearbeitet. Außerdem ist in naher Zukunft die Implementierung von Wirtstranskriptomen und –proteomen nach Toxoplasma-Infektion in ToxoDB geplant. Damit steht heute eine Vielzahl von Ressourcen zur Beantwortung neuer und alter Fragen zur Biologie von Toxoplasma zur Verfügung. William Sullivan Jr., Indianapolis, USA, wies auf die Bedeutung der Differenzierung zwischen schnell replizierenden Tachyzoiten und langsam replizierenden und potentiell persistierenden Bradyzoiten für Lebenszyklus und Pathogenese hin. Die Differenzierung zum Bradyzoitenstadium kann durch Stressfaktoren ausgelöst werden und geht mit massiven Veränderungen der Histonacetylierung, der Chromatinstruktur und der Genexpression einher. GCN5-A wurde als wichtige Lysin-Acetyltransferase identifiziert, die für die Expression von Dreiviertel der Stress-induzierten Gene während der Bradyzoitenbildung verantwortlich ist. Über die Identifizierung stadienspezifisch exprimierter Gene in den Sexualstadien von T. gondii berichtete Adrian Hehl, Zürich, Schweiz. Die bisher wenig untersuchten Katzenstadien wurden zu zwei Zeitpunkten der Merogonie und Gamogonie isoliert und durch High-Throughput RNA-Sequenzierung deren Expressionsmuster analysiert. In Merozoiten wurden etwa 700 Gene identifiziert, die mindestens 4-fach stärker exprimiert werden als in Tachyzoiten. Darunter waren mehrere Gene, die für Mikronemen-, Rhoptrien- und Dichte-Granula–Proteine kodieren. Unter anderem wurden auch Merozoiten-spezifische Komponenten der ‚Moving junctions‘ identifiziert. Dies ist ein erster Hinweis auf eine Stadien-spezifische Invasionsmaschinerie, die u.a. auch die Wirtsspezifität der Sexualstadien von Toxoplasma erklären könnte. Uwe Groß, Göttingen, Deutschland, gab in seinem Vortrag eine Übersicht über aktuelle Entwicklungen in der Diagnostik der Toxoplasmose speziell während der Schwangerschaft. Die Serodiagnostik wird dabei nach wie vor durch persistierende IgM-Antikörper und falsch positive Reaktionen aufgrund kreuzreagierender Antikörper gegen GPI-Anker des Parasiten erschwert. Eine Kreuzreaktivität kann durch ISAGA mit Gesamtparasiten oder durch Verwendung rekombinanter Proteine vermieden werden. Eine Infektion in utero kann durch eine IgM/IgA-Diagnostik von Nabelschnurblut identifiziert werden, allerdings ist die Sensitivität dieser Methode gering. Eine Neuentwicklung mit guter Sensitivität und Spezifität ist die Messung der IFN-γ-Produktion nach Restimulation von T-Zellen in Vollblut mit 3

Toxoplasma-Antigen in vitro. Allerdings muss das Blut innerhalb von 3 Stunden verarbeitet werden. Inzwischen liegen auch erste Erfahrungen mit MALDI-Tof und Scintigraphie mit Iodmarkiertem Pyrimethamin zum direkten Erregernachweis vor. Um die Bedeutung unterschiedlicher Toxoplasma-Stämme für den Infektionsverlauf bestimmen zu können, stellte Michael Grigg, Bethesda, USA, das Serotyping als vielversprechende und wenig invasive Methode vor. Sie basiert auf dem Nachweis von anti-Toxoplasma Antikörpern, die in einem Microarray an Genotyp-spezifische Peptide binden. Allerdings ist durch diese Methode bisher nur die Infektion mit einer begrenzten Anzahl von Toxoplasma-Stämmen eindeutig zu identifizieren. Die Methode hat aber bereits zu der Erkenntnis geführt, dass ca. 10% der Fälle von Augentoxoplasmose in den USA durch Typ III-Stämme hervorgerufen werden. Auch die Bedeutung des Infektionsstadiums, also Oozysten einerseits und Bradyzoiten-haltige Gewebezysten andererseits, für den Infektionsverlauf rückt neuerdings in den Vordergrund. Dies wird durch neu entwickelte Methoden zur Unterscheidung einer Oozysten- bzw. Gewebezysteninfektion möglich. Dirk Schlüter, Magdeburg, Deutschland, referierte in der Sektion Immunologie über zerebrale Immunantworten während der Toxoplasmose. Er hob in diesem Zusammenhang hervor, dass Gewebezysten im Gehirn von Patienten mit zerebraler Toxoplasmose kaum zu finden sind. Im Mausmodell der zerebralen Toxoplasmose wurden vor allem CD4+ und CD8+ TZellen, Astrozyten und Mikroglia als wichtige Zelltypen für eine intrazerebrale Parasitenkontrolle identifiziert. Interessanterweise spielt für die Aktivierung von T-Zellen und die T-Zell-vermittelte Parasitenkontrolle speziell im Gehirn PKCθ eine zentrale Rolle. Damit Astrozyten zu einer effektiven Parasitenabwehr im Gehirn beitragen können, ist die Expression von gp130, dem Signal-übertragenden Protein der IL-6-Rezeptorfamilie, notwendig. Organ-spezifische Immunreaktionen scheinen auch während der kongenitalen und okulären Toxoplasmose von Bedeutung zu sein, wie Ermanno Candolfi, Strasbourg, Frankreich, ausführte. Der Toxoplasma-induzierte Abort wird zumindest im Tiermodell vor allem durch eine lokale Entzündungsreaktion mit IFN-γ- und IL-15-Produktion sowie Apoptose von Trophoblastzellen reguliert. Interessanterweise sind Toxoplasmen in der Plazenta aber kaum detektierbar. Dagegen ist die Augentoxoplasmose im Menschen zumindest in Europa vor allem durch hohe IL-17-Konzentrationen im Augenkammerwasser charakterisiert. Auch im Mausmodell der Augentoxoplasmose ist IL-17 an der Induktion von Immunpathologie beteiligt, und neutralisierende Antikörper gegen IL-17A zeigen einen positiven Effekt auf den Verlauf der Erkrankung. IL-17 könnte damit zukünftig als möglicher prognostischer Marker und als Target einer unterstützenden Therapie Bedeutung erlangen. Die zentrale Bedeutung von inflammatorischen Makrophagen während akuter Infektionen mit T. gondii wurde von Ildiko R. Dunay, Magdeburg, Deutschland, hervorgehoben. So sind CX3CR1low, CCR2+, Gr1+, Ly6C+ Makrophagen maßgeblich an der lokalen Infektabwehr im Dünndarm nach oraler Infektion von C57BL/6 Mäusen beteiligt. Außerdem weisen CCR2-/- Knockout-Mäuse auch eine hohe Anzahl von Gewebezysten im Gehirn auf. Die Depletion von Ly6Chigh Monozyten während der Toxoplasma-Enzephalitis führt ebenfalls zum Tod der Tiere. Diese Daten zeigen, dass die Einwanderung inflammatorischer Makrophagen in das ZNS auch zur Parasitenkontrolle in diesem Organ beitragen dürfte. Inwieweit sich diese Ergebnisse auf den Menschen übertragen lassen, bleibt abzuwarten. In einer abschließenden Bewertung des IFoTox-2013 hob Carsten Lüder, Göttingen, Deutschland, hervor, dass Anstrengungen einer Vielzahl von Forschungslaboren weltweit in den vergangenen 10 Jahren zu großen Fortschritten im Verständnis der Biologie von Toxoplasma und der Interaktion mit dem Wirt, vor allem der Maus, geführt haben. In Bezug auf ein verbessertes klinisches Management und ein größeres Verständnis des Infektionsverlaufes im Menschen hob er ebenfalls Fortschritte der jüngsten Vergangenheit hervor, mahnte aber auch vor allem in diesem Zusammenhang zusätzliche Anstrengungen in folgenden Bereichen an:  Untersuchungen zur Pathogenese in anderen Tiermodellen als Inzuchtmäusen, um Wirtsfaktoren zu identifizieren, die den Verlauf der Toxoplasmose im Menschen beeinflussen (z.B. Ratten, Wildmäuse). 4

 Weiterentwicklung gering-invasiver Diagnostika, um zwischen Infektionen mit Parasiten unterschiedlichen Genotyps differenzieren zu können. Dies könnte zukünftig dann möglicherweise als prognostischen Marker für schwere Krankheitsverläufe genutzt werden.  Weiterentwicklung und Anwendung von diagnostischen Methoden, um zwischen Infektionen mit Oozysten bzw. Gewebezysten differenzieren zu können, um deren möglichen Einfluss auf den Infektionsverlauf bestimmen zu können.  Entwicklung von Diagnostika zur frühen und einfachen ‚Heimdiagnostik‘ z.B. unter Verwendung von Speichel. Dies wäre vor allem für die so wichtige Früherkennung von Infektionen während der Schwangerschaft notwendig, ohne die werdende Mutter durch ein engmaschiges Screening zu beunruhigen. Die Resonanz auf das IFoTox-2013 war durchweg sehr positiv. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer lobten die hohe wissenschaftliche Qualität der Tagung, die wesentlich von dem international renommierten Kreis von Sprecherinnen und Sprechern bestimmt wurde. Die Interdisziplinarität der Themengebiete förderte einen intensiven wissenschaftlichen Meinungsaustausch zwischen Grundlagenwissenschatlern, Klinikern und Veterinären. Und das Tagungsprogramm und die Organisation boten genügend Möglichkeiten, den wissenschaftlichen Austausch über Fächergrenzen hinweg zu fördern. Das IFoTox-2013 wurde finanziell von der DFG (LU777/7-1), der DGHM-Fachgruppe ‚Eukaryotische Krankheitserreger‘ und durch Industriesponsoring unterstützt. Carsten Lüder, Göttingen

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