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Epidemiologie von Leptospira spp., Rickettsia spp. und Puumalavirus in wildlebenden Kleinsäugerpopulationen in Deutschland

  • Zooanthroponosen, d.h. von Tieren auf den Menschen übertragene Erkrankungen, spielen in der Humanmedizin eine wichtige Rolle. Um die Gefährdung der Bevölkerung durch Zecken- und Nagetier-assoziierte Infektionskrankheiten einschätzen zu können, ist es von entscheidender Bedeutung, das räumliche und zeitliche Auftreten der Erreger in deren Reservoirwirten zu kennen. Puumala-Virus (PUUV), Leptospira spp. und Rickettsia spp. stellen wichtige, aber teilweise „vernachlässigte“ Zoonoseerreger in Deutschland dar. Ziel der Studie war die Validierung eines für Rötelmäuse in Finnland entwickelten PUUV-Schnelltests für die Anwendung in Deutschland und die Aufklärung der Wirtsassoziation von Leptospiren und Rickettsien in Rötelmäusen und anderen Kleinsäugern in Deutschland. Dazu wurde die Prävalenz von Leptospiren und Rickettsien in wildlebenden Kleinsäugern von Wald- und Grünlandhabitaten und in mit Menschen assoziierten Wanderratten unter Berücksichtigung der Wirtsspezifität, Saisonalität und mehrjährigen Oszillation sowie der möglichen Einflüsse von Habitat- und demographischen Faktoren ermittelt. Für den serologischen Nachweis des PUUV in Rötelmäusen wurde ein Schnelltest validiert, der auf der Basis eines rekombinanten Antigens eines finnischen PUUV-Stammes (Sotkamo, SOT) entwickelt worden ist. Die vergleichende Validierung des Schnelltests erfolgte anhand von Rötelmausseren aus Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen, zwei PUUV-Endemiegebieten in Deutschland, und wurde unter Verwendung von in-house ELISAs auf der Basis rekombinanter Antigene eines deutschen, eines schwedischen und des SOT-PUUV-Stammes durchgeführt. Im Ergebnis der Untersuchungen wurden sowohl mit dem Schnelltest als auch mittels der ELISAs 10% der Rötelmausproben PUUV-seropositiv. Die Validierung des Schnelltests für Rötelmausseren aus Deutschland ergab eine Testeffektivität von 93%-95%. Durch Anwendung der lipl32-Gen spezifischen PCR wurde in Nierenproben von 17,2% der Ratten und 13,3% der anderen Nagetiere und Spitzmäuse DNA pathogener Leptospiren nachgewiesen. Durch die secY-Gen spezifische PCR wurden drei Genomospezies, Leptospira kirschneri, Leptospira interrogans und Leptospira borgpetersenii detektiert. Das anschließende multi locus sequencing typing (MLST) führte zur Identifizierung von einem Sequenztyp (ST) in Ratten, L. interrogans, ST 17, während in anderen Nagetieren und Spitzmäusen sieben verschiedene Sequenztypen, L. kirschneri, ST 110, 117, 136 und 230; L. borgpetersenii, ST 146 und 197; L. interrogans, ST 24 nachgewiesen werden konnten. Darüber hinaus scheint L. interrogans ST 24 spezifisch für das Habitat Wald, da ausschließlich mit diesem Habitat assoziierte Nagetiere mit diesem Erreger infiziert sind. Feld- und Erdmäuse besitzen eine signifikant höhere Wahrscheinlichkeit einer Infektion mit L. kirschneri ST 110 (Prävalenz von 30%). Auf einer Fangfläche in Baden-Württemberg wurde im Sommer und Herbst 2014 ein neuer L. kirschneri-Sequenztyp (ST 230) entdeckt. Ohrhaut-DNA-Proben wurde mittels einer Citrat-Synthase (gltA) Gen-spezifischen real-time PCR auf Rickettsien-DNA getestet. Die Prävalenz in Ratten lag bei 1,1%, während eine durchschnittliche Prävalenz von 8.0% in anderen Kleinsäugern nachgewiesen wurde. Die anschließend durchgeführten ompA4- und ompB-PCRs führten zur Identifizierung von Rickettsia helvetica, Rickettsia felis und Rickettsia raoultii. Rickettsien-positive Ratten (R. helvetica) stammten ausschließlich aus zoologischen Gärten. Die dominante Rickettsienart in anderen Nagetieren und Spitzmäusen stellt Rickettsia helvetica dar. Auch hier zeigt das Habitat Wald die höchsten Prävalenzen für Rickettsien-DNA. Mäuse der Gattung Apodemus besitzen eine signifikant höhere Wahrscheinlichkeit einer Infektion mit Rickettsien (Prävalenz von 14,2%). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit belegen die große geographische Verbreitung von Leptospiren und Rickettsien in Kleinsäugern in Deutschland und den Einfluss von demographischen Faktoren auf die Prävalenz für diese Erreger. Die erfolgreiche Validierung des Schnelltests für Rötelmausseren aus Deutschland erlaubt dessen zukünftige Anwendung für die zeitnahe Ermittlung von PUUV-Seroprävalenzen in Rötelmauspopulationen und deren Nutzung in Frühwarnsystemen für die Bevölkerung und entsprechende Risikogruppen. Zukünftige Untersuchungen müssen sich insbesondere den Zusammenhängen zwischen dem Nachweis der Erreger in potentiellen Reservoiren und dem Auftreten humaner Infektionen und Erkrankungen und den damit im Zusammenhang stehenden abiotischen und biotischen Faktoren widmen.
  • Zoonoses, which are defined as human infections caused by animal pathogens, are of considerable medical importance. Therefore, it is important to evaluate the distribution of tick- and rodent borne pathogens including their respective reservoirs and the risk of infections for humans. Puumalavirus, Leptospira spp. and Rickettsia spp. are important pathogens, but neglected zoonoses in Germany. The objective of the study was to validate a rapid field test, developed for bank voles in Finland, for application in Germany and to detect host specificities of Leptospira spp. and Rickettsia spp. in bank voles and other small mammals. In addition, the prevalence of Leptospira spp. and Rickettsia spp. in wild small mammals in forest and grassland habitats and commensal rats was determined, considering host specificity, seasonality and perennial oscillations of the populations as well as possible influences of habitat and demographic factors. The serological detection of Puumalavirus in bank voles was validated using a rapid field test. This test was developed for the Finnish Puumalavirus strain (Sotkamo, SOT). The comparative validation of the rapid test was carried out using bank vole sera from endemic regions in Germany Baden-Wuerttemberg and North Rhine-Westphalia. In comparison, these sera were also tested by in-house ELISAs using the antigens of a German, Swedish and the Finnish Puumalavirus strain (SOT). The investigations demonstrated that 10% of the sera were positive in the rapid field test and the ELISAs. The performance of the rapid test for bank vole sera from Germany was 93% to 95%. Kidney tissue samples were analyzed by a PCR targeting the lipl32-gene which only amplifies DNA of pathogenic Leptospira species. Using this initial screening PCR, 17.2% of the rats and 13.3% of the other rodents and shrews were tested positive for Leptospira. Subsequently, a partial secY-gene-specific PCR detected three genomospecies, Leptospira kirschneri, Leptospira interrogans or Leptospira borgpetersenii. Multi locus sequencing typing (MLST) identified a single sequence type (ST) in rats, L. interrogans, ST 17, while in other rodents and shrews seven sequence types were detected, L. kirschneri, ST 110, 117, 136 and 230; L. borgpetersenii, ST 146 and 197; L. interrogans, ST 24. Furthermore, L. interrogans ST 24 shows a specificity for the habitat forest, because only forest-dwelling rodents were infected by this genomospecies an ST, while Norway rats were associated with the ST 17 of this genomospecies. Common voles and field voles possess significantly higher infection rates to L. kirschneri ST 110 (30%). On a trapping plot in Baden-Wuerttemberg a new sequence type (ST 230) was discovered in summer and autumn 2014. Ear pinna-DNA samples were tested using a citrate synthase (gltA) gene specific real-time PCR detecting spotted fever group Rickettsia-specific DNA. For rats, a prevalence of 1.1% was detected, while in other small mammals an average prevalence of 8.0% was proved. Typing of the rickettsial positive species was performed by conventional ompA4 and ompB-PCR and resulted in the identification of Rickettsia helvetica, Rickettsia felis and Rickettsia raoultii. The positive tested rats (R. helvetica) originated from zoological gardens. The dominant Rickettsia-species in other rodents and shrews was represented by Rickettsia helvetica. The habitat forest revealed the highest Rickettsia-DNA prevalences in small mammals as well. Mice of the genus Apodemus (14.2%) were significantly more often carriers of Rickettsia. The findings of this study confirm a broad geographical distribution of Leptospira and Rickettsia across small mammal reservoir species and suggest influences of demographic factors on the prevalence of the pathogens in small mammals. The successfully validated rapid field test for bank vole sera from Germany will allow a realtime detection of Puumalavirus-seroprevalences in bank vole populations in the future and the establishment of early warning models for human population, especially for risk groups. Future investigations will have to focus on the relationships between pathogen detection in potential reservoirs and the occurrence of human infections and diseases as well as on the connection to abiotic and biotic factors.

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Metadaten
Author: Stefan Fischer
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-20636
Title Additional (English):Epidemiology of Leptospira spp., Rickettsia spp. and Puumala-Virus in wild small mammal populations in Germany
Referee:PD Dr. Rainer G. Ulrich, Prof. Dr. Martin Pfeffer
Advisor:PD Dr. Rainer G. Ulrich, Prof. Dr. Martin Pfeffer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Date of first Publication:2018/02/08
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2017/11/13
Release Date:2018/02/08
GND Keyword:Demographie, Kleinsäuger, Leptospira, Rickettsia, Saisonalität
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie