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Die Gattung Mycobacterium umfasst mehr als einhundert verschiedene Spezies und wird in zwei große Gruppen unterteilt; die Gruppe der typischen Mykobakterien (obligat pathogen) und die Gruppe der atypischen Mykobakterien (fakultativ pathogen, ubiquitär vorkommend). Die Klinik der Mykobakteriosen ist mannigfaltig. Je nach Erreger und Immunstatus des Erkrankten können diese Infektionen, v.a. bei immunkompromittierten Patienten, letal verlaufen. Die frühzeitige Diagnostik und spezifische Therapie kann somit maßgeblich zur Senkung der Letalität der Mykobakteriosen beitragen. Die derzeit zur Verfügung stehenden diagnostischen Methoden sind nicht immer ausreichend um in jedem Einzelfall den Erreger genau zu klassifizieren. Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit war die Erarbeitung einer sensitiven und schnellen Methode, zur Identifizierung der typischen und atypischen Mykobakterien. Die Testungen erfolgten zunächst mittels kulturell gewonnenen Mykobakterien-Suspensionen. Anschließend wurde der Methode anhand von, in Formalin-fixierten und in Paraffin eingebetteten, Gewebeproben evaluiert. Methode Im Rahmen der Extraktion wurde ein kommerzieller Kit (Roche High Pure PCR Template Preparation Kit®) durch mehrere Schritte ergänzt. Der Gewebe-Verdau mit Proteinase K wurde durch einen Inkubationsschritt über Nacht bei 72°C erweitert. Zudem wurde die Aufspaltung der Hülle der Mykobakterien durch wiederholende Temperaturwechsel von 300°C (+100°C in kochendem Wasser; -196°C in Flüssigstickstoff) unterstützt. Als Zielsequenz der Nested-PCR wurde die 16S rRNA verwendet. Das äußere Primerpaar, mit dem Primer 285 (5´ GAG AGT TTG ATC CTG GCT CAG 3´) und dem Primer 264 (5´TGC ACA CAG GCC ACA AGG GA 3´), amplifiziert ein 1037 Basenpaar langes Fragment. Bei dem inneren Amplifikat der Nested-PCR kommen die Primer 245 (5´ TAA TAC ATG CAA GTC GAA CG 3´) und Primer 259 (5´ TTT CAC GAA CAA CGC GAC AA 3´) zum Einsatz, welche ein Fragment mit der Länge von 560 Basenpaaren amplifizieren. Zur Verringerung der Kontaminationsgefahr wurde die Nested-PCR durch ein UTP-Verfahren ergänzt. Im Rahmen dessen wurden der Primer 285 um 2 Nukleotide am 3´Ende (5´ GAG AGT TTG ATC CTG GCT C 3‘) und der Primer 264 ebenfalls um 2 Nukleotide am 3´Ende (5´TGC ACA CAG GCC ACA AGG 3´) verkürzt. Ergebnisse Mit Hilfe der standardisierten Mykobakterien-Suspensionen konnte eine Sensitivitäts-Steigerung, alleinig durch die erneuerte DNA-Extraktion, um den Faktor 10 gezeigt werden. Die Etablierung der Nested-PCR, im Vergleich zu einer herkömmlichen PCR, brachte nochmalig eine Sensitivitäts-Steigerung um den Faktor 100. Insgesamt wurden 118 Organbiopsien untersucht. Davon war bei 46 Proben klinisch eine Tuberkulose und bei 42 Proben eine atypischen Mykobakteriose nachgewiesen. Die verbleibenden 30 Proben gehörten dem Vergleichskollektiv (Negativkontrollen) an. Von insgesamt 23 kulturell und/oder mikroskopisch positiven Proben konnte bei 7 Proben (30,4%) M. tuberculosis mittels Nested-PCR nachgewiesen werden. Für die atypischen Mykobakteriosen lag die Zahl bei 6 von 23 Proben (26,1%). Damit ist die Nested-PCR für atypische Mykobakterien nicht signifikant schlechter als für M. tuberculosis. Die Spezifität der Nested-PCR mit anschließender Sequenzierung, sowohl für die Tuberkulose, als auch für die atypischen Mykobakteriosen, beträgt 100%. Der positive Vorhersagewert für die Diagnosesicherung einer Tuberkulose, als auch einer atypischen Mykobakteriose, mittels Nested-PCR ist P = 1. Diskussion Diese Nested-PCR ermöglicht mittels nur einer Methode den Nachweis von typischen und atypischen Mykobakterien. Das Verfahren wurde erfolgreich getestet und evaluiert. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann innerhalb von 48 Stunden (und an schließender Sequenzierung) der gezielte und spezifische Erregernachweis aus Organbiopsien erfolgen. Zudem bietet es die Möglichkeit einer routinemäßigen Anwendung. Diese Methode kann demnach in Einzelfällen zu einer eindeutigen und schnellen Diagnosesicherung und zur frühzeitigen und gezielten antimykobakteriellen Therapie beitragen. Darüber hinaus beinhaltet sie die Möglichkeit zur Durchführung von retrospektiven Studien, da der Nachweis der Mykobakterien aus Formalinfixierten und in Paraffin eingebetteten Gewebeproben erfolgte.

Die Lyme-Borreliose, eine durch Zecken übertragene Multisystem-Erkrankung, wird durch die Spirochäte B. burgdorferi s. l. hervorgerufen. Die in vitro-Empfindlichkeit von Borrelien gegenüber einer ganzen Reihe von Substanzen ist bislang nicht oder nur unzureichend bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die in vitro-Empfindlichkeit von B. burgdorferi gegenüber einer Reihe von neu entwickelten Antibiotika im Vergleich zu bekannten Substanzen unter standardisierten Bedingungen untersucht. Im 1. Teil der Arbeit wurde ein neues kolorimetrisches Mikrodilutionstestverfahren in Kombination mit konventioneller Subkultivierung in Flüssigmedium zur Bestimmung der in vitro-Empfindlichkeit von 17 repräsentativ ausgewählten Borrelienstämmen gegenüber dem neu entwickelten Ketolid Cethromycin eingesetzt. Das Verfahren ist standardisiert, gut reproduzierbar und erlaubt es, mehrere Antibiotika bzw. Isolate gleichzeitig effizient zu testen. Die MHK90 für Cethromycin lag für die getesteten Isolate einheitlich bei  0,002 µg/ml. Die MBK90 lag bei 0,75 µg/ml. Im 2. Teil der Arbeit wurden auf der Basis von konventionellen Zellzählungen mittels Dunkelfeldmikroskopie zusätzlich Untersuchungen zur Aktivität von Cethromycin, Sitafloxacin und Gemifloxacin im Vergleich zu Ciprofloxacin und den bekanntermaßen gut gegen Borrelien wirksamen Substanzen Doxycyclin und Ceftriaxon für je ein repräsentatives Isolat der humanpathogenen Genospezies B. burgdorferi s. s., B. garinii und B. afzelii durchgeführt. Von den untersuchten neuen Substanzen zeigten Cethromycin (MHK [Mittelwert]: ≤ 0,002 µg/ml; MBK [Mittelwert]: 0,3 µg/ml) und Gemifloxacin (MHK [Mittelwert]: 0,06 µg/ml; MBK [Mittelwert]: 8 µg/ml) im Vergleich zu den in der Therapie der Lyme-Borreliose bewährten Substanzen Ceftriaxon (MHK [Mittelwert]: 0,016 µg/ml; MBK [Mittelwert]: 1,2 µg/ml) und Doxycyclin (MHK [Mittelwert]: 0,25 µg/ml; MBK: von 24 bis >32 µg/ml) die vielversprechendste Aktivität gegen B. burgdorferi. Diese Ergebnisse konnten in Hinblick auf die Aktivität der getesteten Antibiotika gegenüber Borrelien durch die zusätzlich über 120 h durchgeführten Time-Kill-Experimenten abgesichert werden. Im 3. Teil der Arbeit wurden dann unter Zuhilfenahme eines theoretischen Modells mittels Einbeziehung weiterer pharmakologischer und pharmakokinetischer Daten für alle getesteten Substanzen sogenannte Bakterizidie-Indizes (BIs) auf der Basis der erzielten in vitro-Resultate berechnet. BIs von > 2,8 stehen dabei für eine gute bis sehr gute antimikrobielle Aktivität. Für Cethromycin zeigte sich bei den untersuchten Isolaten ein rascher Anstieg der BIs schon nach einer sehr kurzen Inkubationszeit von 48 h. Dabei lagen die Werte für Cethromycin (BIs 5,0-7,59) nach 120 h sogar über denen von Doxycyclin (BIs 2,81-3,15). Ebenso lagen die errechneten BIs für Gemifloxacin nach 120 h (BIs 3,33-8,05) höher als für Doxycyclin. Ceftriaxon war allerdings die bei weitem am besten wirksame Substanz und zeigte auch die höchsten BIs von 14,96 bis 18,48. Unter Berücksichtigung aller verfügbaren Daten ergab sich aus der vorliegenden Arbeit zusammenfassend folgende Rangordnung für die in vitro-Aktivität der getesteten antibiotischen Substanzen: Ceftriaxon > Cethromycin > Gemifloxacin > Doxycyclin > Sitafloxacin > Ciprofloxacin. Für neu entwickelte Antibiotika stellen in vitro-Untersuchungen einen ersten Schritt für eine Charakterisierung ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit gegen Infektionserreger dar. Die Einbeziehung weiterer pharmakologischer Daten in die Interpretation solcher experimentell gewonnenen Ergebnisse ist innovativ, vermittelt zusätzliche Informationen und erlaubt eine vergleichende modellhafte Abschätzung der Aktivität solcher Substanzen unter Berücksichtigung wichtiger pharmakokinetischer und pharmakodynamischer Parameter. Zusammenfassend legen die in der vorliegenden Arbeit herausgearbeiteten Ergebnisse eine vielversprechende Aktivität von zwei neuen Substanzen (Cethromycin und Gemifloxacin) gegen B. burgdorferi nahe und lassen daher eine weitergehende klinische Prüfung dieser Antibiotika für eine mögliche therapeutische Anwendung bei Lyme-Borreliose sinnvoll erscheinen.