Antigene und Reassortanten für in Afrika zirkulierende Rotaviren (2. Projektperiode)

Rotaviren kommen in Menschen und Tieren vor und werden über direkten Kontakt sowie durch kontaminiertes Trinkwasser und Lebensmittel übertragen. Rotavirus-Infektionen stellen die wichtigste Ursache von schweren Magen-Darm-Erkrankungen bei Kleinkindern weltweit dar. Lebensbedrohende Krankheitsverläufe werden vor allem in Entwicklungsländern Afrikas und Asiens beobachtet. Lebendimpfstoffe haben weltweit zu einem deutlichen Rückgang von Rotavirus-Erkrankungen geführt. Die Effizienz dieser Vakzine ist allerdings in Afrika deutlich geringer als in Europa und Nordamerika. Dies könnte daran liegen, dass die Impfstoffe vor allem auf in Europa und Nordamerika vorkommenden Rotavirus-Stämmen basieren, aber nicht auf solchen, die in Afrika zirkulieren. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Strategien für die Herstellung von Antigenen und Reassortanten, die auf Rotavirus-Stämmen aus Afrika basieren, für deren Verwendung in zukünftigen Impfstoffen. In der ersten Projekt-Periode wurden aktuell in Mosambik auftretende Rotaviren analysiert und erste Systeme zur Herstellung von Antigenen mittels Reverser Genetik entwickelt. Die entwickelten Techniken sollen in der zweiten Projektperiode weiterentwickelt werden, um die in der ersten Projektperiode aufgetretenen Limitierungen zu überwinden. Neu identifizierte afrikanische Stämme werden integriert, um das antigene Repertoire zu erweitern. Zusätzlich soll eine Antigenitäts-Testung in Tieren sowie eine gezielte Attenuierung der Rotaviren erfolgen. Die Überwachung der Feldstämme wird im Sinne von One Health auf Tiere und die Umwelt, spezifisch für Mosambik, ausgedehnt. Das Projekt wird Einblicke in die genetischen und antigenen Eigenschaften von Rotaviren geben, die derzeit in Afrika zirkulieren sowie Techniken für die Antigen-Herstellung, die speziell für Vakzinen für den afrikanischen Kontinent geeignet sind, weiterentwickeln.

Rotaviren sind weltweit eine der häufigsten Ursachen für schwere Durchfallerkrankungen bei Kleinkindern. Ohne Behandlung können die Infektionen aufgrund von Dehydrierung tödlich sein. Die Verfügbarkeit von attenuierten Rotavirus-Lebendimpfstoffen führte zu einem deutlichen Rückgang der Erkrankungen und Todesfälle. Jedoch ist die WirksamkeitDialog schließenWirksamkeitPositiver prädiktiver WertZum Glossareintrag der Impfstoffe in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen und hoher Kindersterblichkeit - insbesondere Subsahara-Afrika - deutlich geringer als in Ländern mit hohem Einkommen. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Impfstoffe hauptsächlich auf Virusstämmen basieren, die vorwiegend in Europa und Nordamerika vorkommen. In Afrika zirkulierende Stämme, die oft vielfältiger sind und sich von den verwendeten Impfstämmen unterscheiden, werden dagegen nicht berücksichtigt. Hauptziel des Projekts war es daher, Antigene auf der Grundlage von in Afrika zirkulierenden Rotavirus-Stämmen bereitzustellen, die für künftige Impfstoff-Entwicklungen für den afrikanischen Kontinent verwendet werden können. Da die Isolierung humaner Rotavirus-Feldstämme in Zellkulturen schwierig ist, wurden rekombinante Technologien unter Verwendung moderner Reverser Genetischer Systeme eingesetzt, um Antigene afrikanischer Stämme in attenuierte Rotaviren einzubauen. Dieses System ermöglicht einen schnellen Wechsel der Antigene, falls neue Stämme auftauchen. Während der beiden Projektperioden wurden Daten über die Vakzine-Effizienz und die aktuelle Variabilität der Rotavirus-Stämme, vor allem in Mosambik, gewonnen. Hierbei wurde festgestellt, dass die Vakzine-Effizienz in Mosambik zwischen 2017 und 2019 tatsächlich sehr niedrig (etwa bei 35%) war. Parallel dazu wurde gezeigt, dass sich die hier zirkulierenden Rotavirus-Genotypen oft deutlich von den in der Vakzine vorhandenen unterschieden, und dass der Anteil dieser Genotypen über die Zeit zunahm. Auch in verschiedenen Tierarten wie Rindern, Ziegen und Schweinen aus Mosambik und Süfafrika wurden Rotaviren nachgewiesen. Mittels reverser Genetik konnten die Kapsidproteine aufgewählter Genotypen in den Laborstamm SA11 eingefügt werden. Für Genotypen, bei denen dies nicht gelang, wurden verschiedene neuartige Strategien entwickelt, um die aufgetretenen Probleme zu lösen. Im Ergebnis konnten sechs unterschiedliche vermehrungsfähige Reassortanten hergestellt werden, die erstmals die wichtigsten Antigene von humanen Rotavirus-Genotypen aus Afrika enthalten. Weitere Reassortanten mit Antigenen von Rotaviren aus verschiedenen Tierarten wurden ebenfalls erfolgreich erzeugt. Darüber hinaus wurden erste gezielte Veränderungen in die Viren eingefügt, die zur Attenuierung (Abschwächung) beitragen können und damit die Verwendung in Impfstoffen ermöglichen können.Die Ergebnisse zeigen, dass eine Weiterentwicklung der Rotavirus-Impfstoffe für die Nutzung in Afrika nötig ist und deren Anpassung an die dort zirkulierenden Stämme erfolgen sollte. Die Untersuchungen zeigen auch, dass Rotaviren in Afrika nicht nur von Mensch zu Mensch übertragen werden können, sondern auch in verschiedenen Tierarten vorkommen, was die Anwendung des One-Health-Konzepts zur Bekämpfung der Rotavirus-Infektion nahelegt. Es wurden neuartige Strategien entwickelt, um die Antigene Afrikanischer Stämme in Laborviren einzubauen, die später zum Impfstoff weiterentwickelt werden können. Hierbei konnten bereits Viren mit den wichtigsten in Afrika zirkulierenden Stämmen generiert werden, die nun für weitere Entwicklungen zur Verfügung stehen. Zukünftig solten die im Projekt generierten Erkenntnisse und Virusstämme dazu genutzt werden, an Afrika angepasste Rotavirus-Impfstoffe weiterzuentwickeln und dadurch die auftretenden schweren Erkrankungen zu verhindern.