Next Generation Sequencing (NGS): Eine neue Ära in der klinischen Mikrobiologie

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1 Next Generation Sequencing (NGS): Eine neue Ära in der klinischen Mikrobiologie Trinad Chakraborty Institut für Medizinische Mikrobiologie Deutsches Zentrum für Infektionsforschung Justus-Liebig-Universität Gießen

2 Antimikrobielle Resistenz als "One Health" -Paradigma Antibiotikaresistenz ist ein globales Problem Infektionen verursachen jährlich 8 Millionen zusätzliche Krankenhaustage und kosten das US- Gesundheitssystem 30 Milliarden $ Hauptgrund für die Resistenzentwicklung ist der unsachgemäße Gebrauch von Antibiotika Antibiotikaverbrauch in Deutschland (2011) Humanmedizin 826 t Tiermedizin 800 t A post-antibiotic era means, in effect, an end to modern medicine as we know it. Things as common as strep throat or a child s scratched knee could once again kill. 30% der Antibiotika- Verordnungen sind fragwürdig WHO s director-general Dr. Margaret Chan In den letzten 25 Jahren wurden keine neuen Antibiotika entdeckt One Health-Konzept - An alles gemeinsam denken, und nicht in Schablonen hier der Mensch, da das Tier. Bundeskanzlerin Angela Merkel

3 Der Aufstieg der Resistenz

4 Das Microbiom: Beeindruckende Größe und riesiger Informationsgehalt Microbiom Bakterien menschl. Zellen Viren Meiofauna Pilze > 100-fach größere genetische Information Virom: ca Zweites Genom Mycobiom: 10 12? Protozoa?

5 Antibiotikaresistenz ist ein globales Problem

6 Mikrobiologische Diagnostik im 19. und 20. (21.) Jahrhundert (21.) Jahrhundert Phänotypische Analysen 20. (21.) Jahrhundert Sub-genomische Analysen PFGE MLST reppcr

7 Die neue mikrobiologische Diagnostik 7 Schnellwachsende: 1-7 Tage Mykobakterien: 1-6 Wochen Aktueller Ansatz PCR-Typisierung Serotypisierung MLST PFGE Analyse Resistenzgene Serotypen Sequenztypisierung PulseNet Matching Epidemiologie Verwandtschaft Langzeit-Evolution Kurzzeit-Evolution Begrenzte Charakterisierung MDR-Stamm Medikamentenresistenz Ganzgenombasierter Ansatz 4-24 Std. Genomsequenzierung Bioinformatik SRST ST-Typen Phylogenie SNP- Typisierung Annotation komparative Genomik Syntenie und horizontale Transferereignisse Virulenzfaktoren Genomische Inseln Plasmidtyp Epidemiologie Verwandtschaft Langzeit-Evolution Kurzzeit-Evolution Neuer Stamm Kolonisierung Persistenz Resistenz Virulenz Übertragbarkeit

8 Next Generation Sequencing (NGS) Kapizität Kosten Nanopore- Einzelmolekülsequenzierung

9 Output Genomsequenzierung 9 Datenmassen Auswertung? Bioinformatik Wie? So automatisiert wie möglich Rohdaten ~10 Gb Formatierte Reads ~1 Gb ~1 Gb Assemblierung Genomsequenz < 10 Mb Analyse der Ergebnisse < 1 Mb

10 Automatic Sequence Assembly, Annotation and Analyses Pipeline/Plattform = ASA3P Befundinterpretation und Therapieempfehlung

11 Meldewesen Antibiotikaresistenz heute Bundesebene Robert Koch Institut Referenzlabor Referenzlabor Landesbene

12 Meldewesen in Zukunft Robert Koch Institut Bundesebene Landesbene

13 Hessen an vorderster Front Mittelhessen Der Aufbau einer Datenbank mit allen genombasierten Daten multiresistenter Erreger wird die Arbeit von behandelnden Ärzten, dem Öffentlichen Gesundheitsdienst und der Forschung unterstützen. Minister Grüttner lädt alle hessischen Krankenhäuser und Labore ein, Isolate Carbapenem-resistenter Gram-negativer Erreger kostenfrei der Ganz- Genom-Sequenzierung zu zuführen, um so zur Verbesserung von Patientensicherheit und dem Schutz der öffentlichen Gesundheit beizutragen. Pressemitteilung, Hessisches Ministerium für Soziales und Integration Juni 2017

14 Das gefürchtete Szenario Multi-resistente Enterobacteriaceae (MDR) Enterobacteriaceae Nur noch sensibel für Colistin (XDR) Enterobacteriaceae Pan-resistent (PDR) Behandlung mit Carbapenemen z.b. ESBL-Produzenten Behandlung mit Colistin Limitierte Behandlungsoptionen 14