Forschung

2022 – 2023: Entwicklung eines LAMP-Nachweisverfahrens zum Nachweis der neuartigen Spezies Trueperella pecoris

Trueperella pecoris ist ein neuartiger Erreger, der erstmals im Jahr 2021 beschrieben wurde. Die Spezies wurde im Zusammenhang mit Mastitiden beim Rind, Bronchopneumonien beim Schwein und Erkrankungen des Reproduktionstraktes bei verschiedenen Tierarten isoliert. Als besonders problematisch erweist sich, dass die pathogenetische Bedeutung neuartiger Erreger nach ihrer Entdeckung nur unzureichend eingeschätzt werden kann, da das Erkennen epidemiologischer Zusammenhänge eine zuverlässige Diagnostik voraussetzt. Jedoch stehen Nachweismethoden für bis dato unbekannte Spezies im Regelfall nicht zur Verfügung. Die Entwicklung molekulardiagnostischer Verfahren wie z.B. eines spezifischen Loop-mediated isothermal amplification (LAMP)-Assays kann hier Abhilfe schaffen. Das auf der Vervielfältigung von Nukleinsäuren basierende Verfahren lässt sich in kurzer Zeit etablieren und ermöglicht einen schnellen, sensitiven und spezifischen Nachweis bakterieller Erreger. Besonderer Vorteil: Die Reaktion lässt sich mit geringem apparativen Aufwand und kostengünstig durchführen, benötigt wenig Zeit und funktioniert auch bei komplexen Matrizes ohne aufwändige DNA-Extraktion. Im Rahmen einer Forschungsarbeit zur Entwicklung eines Nachweisverfahrens für Trueperella pecoris konnte der Erreger mithilfe eines LAMP-Assays zuverlässig in Lungengewebe detektiert werden.

Publikationen:

Kreitlow, A., Ningrum, S. G., Lämmler, C., Erhard, M., Hoffmann, C., Plötz, M., Abdulmawjood, A. (2023). Identification of the novel potential pathogen Trueperella pecoris with interspecies significance by LAMP diagnostics. Scientific Reports, 27;13(1):14005.https://doi.org/10.1038/s41598-023-40787-1

2019 – 2022: Entwicklung von Loop-mediated isothermal amplification (LAMP)-Assays zum schnellen Nachweis von Erregern bei lebensmittelbedingten Infektionen und Intoxikationen

Im Rahmen des Forschungsprojektes werden verschiedene LAMP-Assays zum Nachweis von Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Campylobacter jejuni, Campylobacter coli und Staphylococcus aureus entwickelt und validiert. Bei allen Spezies handelt es sich um lebensmittelassoziierte Zoonose-Erreger, die neben akuten, jedoch meist selbstlimitierenden gastroenteritischen Beschwerden zum Teil schwere Krankheitsverläufe oder Folgeerkrankungen auslösen können.

Mithilfe der LAMP-Methode werden die Erreger auf der Basis spezifischer DNA-Sequenzen identifiziert. Sechs Primer binden an eine ausgewählte Region innerhalb des Erreger-Genoms und führen zur Vervielfältigung der Sequenz unter konstanten Temperaturbedingungen. Durch die Verwendung eines interkalierenden Farbstoffes, der sich in die amplifizierte DNA einlagert, entsteht ein Fluoreszenzsignal, welches mithilfe optischer Geräte (z.B. Real-time Fluorometer Genie® II) gemessen werden kann. Die Leistung der Assays wird zunächst auf der Basis reiner DNA und schließlich in komplexen Matrizes aus unterschiedlichen Lebensmitteln überprüft. Sind die Verfahren geeignet, werden sie anhand natürlich kontaminierter Lebensmittelproben aus dem Einzelhandel validiert und stehen schließlich für die Analyse im Labor und weiterführende Untersuchungen im Rahmen zukünftiger Forschung zur Verfügung.

Publikationen:

Kreitlow, A., Becker, A., Schotte, U., Malorny, B., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2021). Establishment and validation of a loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assay targeting the ttrRSBCA locus for rapid detection of Salmonella spp. in food. Food Control, 126, 107973. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.107973

Kreitlow, A., Becker, A., Schotte, U., Malorny, B., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2021). Evaluation of different target genes for the detection of Salmonella sp. by loop-mediated isothermal amplification. Letters in applied microbiology, 72(4), 420–426. https://doi.org/10.1111/lam.13409

Kreitlow, A., Becker, A., Ahmed, M. F., Kittler, S., Schotte, U., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2021). Combined Loop-Mediated Isothermal Amplification Assays for Rapid Detection and One-Step Differentiation of Campylobacter jejuni and Campylobacter coli in Meat Products. Frontiers in microbiology, 12. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.668824

Busch, A., Becker, A., Schotte, U., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2022). Mpl-Gene-Based Loop-Mediated Isothermal Amplification Assay for Specific and Rapid Detection of Listeria monocytogenes in Various Food Samples. Foodborne pathogens and disease, 19(7), 463–472. https://doi.org/10.1089/fpd.2021.0080

Busch, A., Schotte, U., Jeßberger, N., Frentzel, H., Plötz, M., Abdulmawjood, A. (2022). Establishment and Validation of a Two-Step LAMP Assay for Detection of Bacillus cereus-Group Isolates in Food and Their Possibility of Non-haemolytic Enterotoxin Production. Frontiers in Microbiology. 9;13:930648. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.930648

2022 – 2024: Entwicklung von quantitativen PCR-Nachweisverfahren zum Nachweis von Indikatororganismen des Verderbs

Im Rahmen des Verbundprojektes „Möglichkeiten und Grenzen der Reduktion von Salz und Nitrit in Rohwürsten“ des Forschungskreises der Ernährungsindustrie e.V. (FEI), welches zusammen mit dem Deutschen Institut für Lebensmitteltechnik e.V.  bearbeitet wird, werden mehrere Real-time-PCR-Assays entwickelt. Diese ermöglichen einen schnellen, spezifischen und quantitativen Nachweis bestimmter Bakterien, die am Verderb von Fleischerzeugnissen beteiligt sind. Bei der Durchführung von Challenge-Tests mit bakteriell beimpften Produkten kann mithilfe der neu etablierten qPCR-Assays das Wachstumsverhalten der Erreger während der Lagerungszeit bestimmt werden. Dies liefert wichtige Hinweise auf die mikrobielle Stabilität und Haltbarkeit der Produkte. Da mit einem herkömmlichen Real-time-PCR-Assay nicht zwischen lebenden und toten Zellen unterschieden werden kann, soll zusätzlich eine Propidium-Monoazid-Behandlung etabliert werden. Dieser Farbstoff bindet irreversibel an die DNA membrangeschädigter Zellen und kann so eine Lebend-Tot-Unterscheidung möglich machen.

2022 – 2024: Entwicklung eines quantitativen PCR-Verfahrens als Überwachungsinstrument für Hepatitis E Virus-Kontaminationen in der Prozesskette

Die Molekulardiagnostik von Hepatitis-E-Viren (HEV) in Lebensmitteln ist mit mehreren Herausforderungen verbunden. Detektionsverfahren müssen in der Lage sein, geringste Virusmengen nachzuweisen, da sich HEV in Lebensmitteln nicht vermehrt. Darüber besteht für die Molekulardiagnostik eine Hürde hinsichtlich des sehr heterogenen Erregergenoms. Diese bietet nur wenig Ansatzpunkte für die Entwicklung spezifischer Primer, die Grundlage für einen zuverlässigen Nachweis der verschiedenen HEV-Genotypen sind. Im Rahmen eines von der Fritz-Ahrberg-Stiftung geförderten Projektes erfolgt die Entwicklung und Optimierung eines quantitativen PCR-Assays, welcher im Hinblick auf die zuvor genannten Problemstellungen evaluiert wird. Darüber hinaus soll mithilfe des Verfahrens zudem erstmals eine qPCR-basierte Möglichkeit zur Quantifizierung von Virusmaterials in Lebensmitteln erschaffen werden. In einem zweiten Projektabschnitt wird diese Methode dazu eingesetzt, den Kontaminationsgrad von Lebensmitteln entlang der Prozesskette zu verfolgen und Möglichkeiten zur Reduktion von HEV-Belastungen während der Produktion zu erforschen.

Publikationen:

Hinrichs, J. B., Kreitlow, A., Plötz, M., Schotte, U., Becher, P., Gremmel, N., Stephan, R., Kemper, N., & Abdulmawjood, A. (2024). Development of a Sensitive and Specific Quantitative RT-qPCR Method for the Detection of Hepatitis E Virus Genotype 3 in Porcine Liver and Foodstuff. Foods (Basel, Switzerland), 13(3), 467. https://doi.org/10.3390/foods13030467

Hinrichs, J. B., Kreitlow, A., Siekmann, L., Plötz, M., Kemper, N., & Abdulmawjood, A. (2024). Changes in Hepatitis E Virus Contamination during the Production of Liver Sausage from Naturally Contaminated Pig Liver and the Potential of Individual Production Parameters to Reduce Hepatitis E Virus Contamination in the Processing Chain. Pathogens (Basel, Switzerland), 13(4), 274. https://doi.org/10.3390/pathogens13040274

Auf der Welt existiert eine immense Vielfalt unterschiedlicher bakterieller Mikroorganismen. In der Abteilung Foodborne Zoonoses untersuchen wir regelmäßig Isolate bislang unbekannter Spezies. Die Charakterisierung neuartiger, potenzieller Krankheitserreger beinhaltet eine umfassende Analyse biochemischer und genotypischer Merkmale und trägt so zum Verständnis der bakteriellen Vielfalt, ihren Habitaten sowie potenziellen Wirten bei. In Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen veröffentlichen wir darüber hinaus Genomdaten unbekannter Isolate und können auf dieser Basis neuartige bakterielle Spezies definieren.

Unsere zuletzt neu entdeckte Spezies trägt den Namen Arcanobacterium buesumense.

Daneben untersuchen wir, in welchen tierischen Wirten oder sonstigen Matrizes kürzlich neu entdeckte Spezies vorkommen, um mögliche Anhaltspunkte für deren pathogenes Potenzial und mögliche Erreger-Wirt-Interaktionen zu gewinnen. Zuletzt untersuchte Erregerkandidaten sind beispielsweise:

• Arcanobacterium canis
• Actinomyces weissii
• Arcanobacterium pinnipediorum
• Arcanobacterium phocisimile
• Arcanobacterium bovis
• Arcanobacterium wilhelmae

Publikationen

Borowiak, M., Kreitlow, A., Malorny, B., Lämmler, C., Rau, J., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2024). Complete genome sequence of Arcanobacterium wilhelmae strain DSM 102162 isolated from the genital tract of a Rhinoceros unicornis. Microbiology resource announcements, 13(8), e0020424. https://doi.org/10.1128/mra.00204-24

Borowiak, M., Kreitlow, A., Malorny, B., Lämmler, C., Prenger-Berninghoff, E., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2024). Arcanobacterium canis strain DSM 25104 isolated from an English bulldog suffering from otitis externa: complete genome sequence. Microbiology resource announcements, 13(1), e0062423. https://doi.org/10.1128/mra.00624-23

Borowiak, M., Kreitlow, A., Malorny, B., Alssahen, M., Lämmler, C., Prenger-Berninghoff, E., Ewers, C., Siebert, U., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2023). Arcanobacterium pinnipediorum Strain DSM 28752 Isolated from a Harbour Seal: Complete Genome Sequence. Microbiology resource announcements, 12(1), e0118022. https://doi.org/10.1128/mra.01180-22

Alssahen, M., Kreitlow, A., Sammra, O., Lämmler, C., Borowiak, M., Malorny, B., Siebert, U., Wohlsein, P., Prenger-Berninghoff, E., Plötz, M., & Abdulmawjood, A. (2022). Arcanobacterium buesumense sp. nov., isolated from an anal swab of a male harbour seal (Phoca vitulina). International journal of systematic and evolutionary microbiology, 72(10), 10.1099/ijsem.0.005573. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.005573

Hijazin, M., Sammra, O., Ülbegi-Mohyla, H., Nagib, S., Alber, J., Lämmler, C., Kämpfer, P., Glaeser, S. P., Busse, H. J., Kassmannhuber, J., Prenger-Berninghoff, E., Weiss, R., Siebert, U., Hassan, A. A., Abdulmawjood, A., & Zschöck, M. (2013). Arcanobacterium phocisimile sp. nov., isolated from harbour seals. International journal of systematic and evolutionary microbiology, 63(Pt 6), 2019–2024. https://doi.org/10.1099/ijs.0.045591-0