Warum sind Durchfallerkrankungen so schwer zu diagnostizieren?

Durchfallerkrankungen, die durch häufigen, wässrigen Stuhlgang gekennzeichnet sind, bleiben eine große Herausforderung für die öffentliche Gesundheit weltweit. Trotz Fortschritten in der Hygiene und medizinischen Versorgung verursachen diese Erkrankungen weiterhin erhebliche Belastungen, insbesondere in Regionen mit begrenzten Ressourcen. Die Krankheit wird hauptsächlich durch Krankheitserreger übertragen, die über verunreinigte Lebensmittel oder Wasser in den Körper gelangen. Dazu gehören Bakterien (Escherichia coli, Salmonella, Shigella), Viren (Rotavirus, Adenovirus, Norovirus) und Parasiten (Giardia, Cyclospora, Isospora).

Traditionelle Diagnosemethoden wie Stuhlkulturen, Antigennachweise oder mikroskopische Untersuchungen auf Parasiten waren lange Zeit die wichtigsten Werkzeuge zur Identifizierung von Krankheitserregern. Diese Methoden sind jedoch arbeitsintensiv, zeitaufwendig (2–3 Tage für Ergebnisse) und oft ungenau. Die Erfolgsrate von bakteriellen Kulturen liegt beispielsweise zwischen 2,4 % und 32 % in der Allgemeinbevölkerung und sinkt auf 0,1 % bei schwer erkrankten Patienten.

Die Revolution der molekularen Diagnostik

Die Grenzen herkömmlicher Diagnosemethoden haben zur Einführung molekularer Technologien geführt, die eine schnelle, empfindliche und spezifische Erkennung von Krankheitserregern ermöglichen. Tests, die auf der Vermehrung von Erbgut (Nukleinsäureamplifikationstests, NAATs) basieren, insbesondere Multiplex-PCR-Plattformen (Polymerase-Kettenreaktion), haben das Feld revolutioniert. Sie ermöglichen die gleichzeitige Erkennung mehrerer Krankheitserreger in einem einzigen Test. Diese Plattformen vereinfachen Arbeitsabläufe, verkürzen die Bearbeitungszeit und verbessern die Diagnosegenauigkeit.

Kommerziell verfügbare Multiplex-PCR-Tests

Vier kommerziell erhältliche Multiplex-PCR-Tests haben sich als wichtige Werkzeuge zur Diagnose von infektiösen Durchfallerkrankungen etabliert:

1. xTAG Gastrointestinal Pathogen Panel (Luminex):

   • Erkennt 15 Krankheitserreger, darunter Bakterien, Viren und Parasiten.
   • Benötigt 30–45 Minuten Vorbereitung und eine Gesamtbearbeitungszeit von 5 Stunden.
   • Verwendet eine spezielle Technik (Bead-Hybridisierung) nach der PCR zur Erkennung.
   • Ist ein offenes System, das separate DNA-Extraktion und Nachbearbeitung erfordert.

2. FilmArray GI Panel (BioFire Diagnostics):

   • Untersucht auf 22 Krankheitserreger mit einer Gesamtbearbeitungszeit von 1 Stunde.
   • Ist ein vollständig integriertes, geschlossenes System mit automatisierter DNA-Extraktion, PCR und Analyse.
   • Verarbeitet 200 µL einer speziellen Transportlösung (Cary-Blair).

3. Fecal Pathogens B (AusDiagnostics):

   • Identifiziert 15 Krankheitserreger durch eine spezielle PCR-Technik (nested PCR) und anschließende Analyse.
   • Benötigt 45–60 Minuten Vorbereitung und eine Gesamtbearbeitungszeit von 3–4 Stunden.
   • Ist ein offenes System, das manuelle DNA-Extraktion erfordert.

4. QIAstat-Dx (QIAGEN):

   • Erkennt 24 Krankheitserreger durch Echtzeit-PCR und Analyse.
   • Ist ein geschlossenes System, das 200 µL der Transportlösung in 1 Stunde verarbeitet.

Diese Plattformen zeigen eine hohe Übereinstimmung mit herkömmlichen Methoden und entdecken zusätzliche Krankheitserreger, die oft von traditionellen Tests übersehen werden. Zum Beispiel hat das FilmArray GI Panel am Shanghai Children’s Medical Center im Jahr 2019 C. difficile, Norovirus und Salmonella als die häufigsten Krankheitserreger identifiziert, was mit regionalen epidemiologischen Daten übereinstimmt.

Spezielle Tests für Clostridium difficile

C. difficile, eine häufige Ursache für Krankenhaus-Durchfall, erfordert spezielle Diagnosemethoden aufgrund seiner klinischen und epidemiologischen Bedeutung. Molekulare Tests, die toxigenische Stämme erkennen, umfassen:

• Xpert C. difficile/Epi (Cepheid)
• illumigene C. difficile (Meridian Bioscience)
• GeneOhm Cdiff PCR (BD Diagnostics)
• Simplexa C. difficile Direct (Focus Diagnostics)

Vergleichende Studien zeigen, dass diese Tests eine Sensitivität von über 90 % und eine Spezifität von nahezu 100 % aufweisen. Ihre hohe Empfindlichkeit birgt jedoch das Risiko der Überdiagnose. Patienten mit positiven molekularen Tests, aber negativen Toxinnachweisen haben oft ähnliche Ergebnisse wie Patienten ohne C. difficile-Infektion. Dies deutet darauf hin, dass molekulare Ergebnisse im Zusammenhang mit Toxinnachweisen oder Wirtsreaktionsmarkern interpretiert werden sollten, um unnötige Behandlungen zu vermeiden.

Next-Generation Sequencing (NGS) in der Routine-Diagnostik

NGS-Technologien verändern die Untersuchung von Ausbrüchen und die Charakterisierung von Krankheitserregern, indem sie die Hochdurchsatzsequenzierung von gemischten mikrobiellen Genomen ermöglichen. Die gesamte Genomsequenzierung (WGS) war entscheidend bei der Verfolgung von Salmonella-Ausbrüchen in China und lieferte Einblicke in Übertragungsdynamiken und genetische Vielfalt. Neben der Identifizierung von Krankheitserregern bietet NGS zusätzliche Daten zu Virulenzfaktoren, Antibiotikaresistenzgenen und Co-Infektionen mit Pilzen oder DNA-Viren.

Herausforderungen und zukünftige Richtungen

Während molekulare Diagnostik die Erkennungsfähigkeiten verbessert, erfordert ihre optimale Anwendung eine Abwägung von Nutzen und Grenzen:

1. Klinische Relevanz der Ergebnisse:
   Multiplex-Tests können Krankheitserreger erkennen, deren klinische Bedeutung unklar ist. Eine Korrelation mit den Symptomen und der Krankengeschichte des Patienten ist notwendig.

2. Risiken der Überdiagnose:
   Die hohe Empfindlichkeit kann zu falsch positiven Ergebnissen oder der Erkennung von asymptomatischen Trägern führen, insbesondere bei C. difficile.

3. Kosten und Zugänglichkeit:
   Fortgeschrittene Plattformen wie FilmArray und NGS bleiben für ressourcenarme Regionen teuer, was die Notwendigkeit kostengünstiger Innovationen unterstreicht.

4. Antibiotika-Stewardship:
   Die schnelle Identifizierung bakterieller Krankheitserreger sollte gezielte Therapien leiten, um den unangemessenen Einsatz von Antibiotika zu reduzieren.

Zukünftige Fortschritte könnten die Integration von Wirtsreaktionsmarkern, die Verbesserung der Testspezifität und die Erweiterung des Zugangs zu molekularen Tests in ressourcenarmen Regionen umfassen.

Fazit

Molekulare Diagnostik hat das Management von infektiösen Durchfallerkrankungen neu definiert, indem sie schnelle, genaue und umfassende Erkennung von Krankheitserregern ermöglicht. Multiplex-PCR-Tests und NGS-Technologien beheben die Mängel herkömmlicher Methoden und ermöglichen zeitnahe klinische Entscheidungen und die Eindämmung von Ausbrüchen. Ihre Anwendung muss jedoch durch klinischen Kontext, epidemiologische Daten und Kostenüberlegungen geleitet werden, um die besten Ergebnisse für Patienten und die öffentliche Gesundheit zu erzielen.

For educational purposes only.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000841