Genomic epidemiology as a tool for understanding drivers of hepatitis A community outbreaks in Massachusetts and New Hampshire

Hepatitis A ist ein Virus, das sich ausbreitet, wenn kleinste Mengen an Fäkalien einer infizierten Person versehentlich in den Mund einer anderen Person gelangen. Dies geschieht meist durch kontaminierte Lebensmittel oder Wasser, kann aber auch leicht zwischen Menschen übertragen werden, die unter beengten Bedingungen leben oder keinen Zugang zu sauberer Sanitärversorgung haben. Obwohl seit Jahrzehnten ein sicherer und wirksamer Impfstoff existiert, wurden viele Erwachsene in den Vereinigten Staaten als Kinder nie geimpft und waren zudem nie mit dem Virus infiziert worden, was sie verwundbar macht. Wenn große Gruppen dieser ungeimpften Erwachsenen mit schlechten Lebensbedingungen konfrontiert sind, kann das Virus gemeinschaftsweite Ausbrüche entfachen, die schwer zu stoppen sind.

In den letzten Jahren beobachteten Gesundheitsbehörden in Massachusetts und New Hampshire, wie die Hepatitis-A-Fälle zunahmen, insbesondere unter Obdachlosen und Menschen, die Drogen konsumieren. Um zu verstehen, wie sich das Virus bewegte, wandten Forscher ein leistungsstarkes Werkzeug namens genomische Epidemiologie an. Dieser Ansatz beinhaltet das Lesen des gesamten genetischen Codes des Virus, der in Patienten gefunden wurde. Durch den Vergleich dieser genetischen Codes können Wissenschaftler sehen, wie eng miteinander verwandt verschiedene Fälle sind, und effektiv den Stammbaum des Virus nachzeichnen, um zu sehen, wer wahrscheinlich wen infiziert hat und wie der Ausbruch durch die Landschaft wanderte.

Ein Team von Wissenschaftlern aus Gesundheitsbehörden und Forschungsinstituten in Massachusetts und New Hampshire setzte sich zum Ziel, die Hepatitis-A-Ausbrüche abzubilden, die zwischen 2018 und 2024 auftraten. Sie sammelten Blutproben von Hunderten von infizierten Menschen und erstellten vollständige Gensequenzen für 241 von ihnen. Ihr Ziel war es zu bestimmen, ob der im Jahr 2023 aufflammende Ausbruch eine Fortsetzung der massiven Welle war, die die Region 2018 heimsuchte, oder ob es sich um einen Neuanfang mit einem anderen Virus handelte. Sie wollten auch sehen, ob sich das Virus primär innerhalb spezifischer Gruppen ausbreitete oder zwischen verschiedenen Gemeinschaften hin- und hersprang.

Die Forscher fanden heraus, dass die beiden Ausbrüche durch völlig unterschiedliche Stämme des Virus verursacht wurden. Die Welle, die 2018 und 2019 einschlug, wurde von einer spezifischen genetischen Version des Virus getrieben, die sich schnell in der Region ausbreitete. Bis zu dem Zeitpunkt, als die Fälle 2023 wieder anzusteigen begannen, war dieser ursprüngliche Stamm weitgehend verschwunden. Der neue Anstieg wurde durch eine andere genetische Version des Virus verursacht, was darauf hindeute, dass der Ausbruch von 2023 ein separates Ereignis war und kein langanhaltendes Überbleibsel des früheren. Diese Unterscheidung ist entscheidend, da dies bedeutet, dass Gesundheitsbehörden nicht davon ausgehen können, dass das Stoppen eines Ausbruchs automatisch den nächsten verhindert; jeder erfordert seine eigene Untersuchung und Reaktion.

Innerhalb des Ausbruchs von 2018 enthüllten die genetischen Daten, wie sich das Virus durch die Gemeinschaft bewegte. Die Forscher sahen, dass Menschen, die obdachlos waren oder Drogen konsumierten, zentral für die Ausbreitung waren. Das Virus wanderte am häufigsten zwischen Personen, die diese Risikofaktoren teilten, wodurch enge Infektionscluster entstanden. Die Daten zeigten jedoch auch, dass das Virus nicht ausschließlich in diesen Gruppen gefangen blieb. Es sprang von Menschen mit diesen Risikofaktoren auf andere über, die diese nicht angaben, und es überschritt die Staatsgrenzen, indem es sich zwischen Massachusetts und New Hampshire bewegte. Tatsächlich deuteten die genetischen Beweise darauf hin, dass der Ausbruch in New Hampshire wahrscheinlich durch Fälle aus dem benachbarten Massachusetts initiiert wurde.

Die Studie hob auch einen besorgniserregenden Trend bei der Impfung hervor. Während gezielte Bemühungen zur Impfung von Erwachsenen halfen, die Zahl der Fälle nach dem ersten Anstieg im Jahr 2018 zu senken, sank die allgemeine Impfrate für Erwachsene nach Beginn der COVID-19-Pandemie signifikant. Diese Raten erreichten während des Untersuchungszeitraums nie wieder das vorherige Niveau. Dieser Rückgang hinterließ einen großen Teil der erwachsenen Bevölkerung ungeschützt, was einen fruchtbaren Boden für die Rückkehr des Virus schuf, wenn die Bedingungen es zuließen. Die Forscher merkten an, dass Menschen, die Drogen konsumieren oder obdachlos sind, keine statischen Gruppen sind; ständig treten neue Individuen in diese Situationen ein, die eine mangelnde Immunität mitbringen, was das Risiko für zukünftige Ausbrüche hoch hält.

Um diese komplexen Daten verständlich zu machen, entwickelte das Team neue Open-Source-Werkzeuge, die es anderen Wissenschaftlern ermöglichen, Hepatitis-A-Genome schnell und genau zu analysieren. Sie verglichen ihre Methode, das gesamte virale Genom zu lesen, mit der älteren Standardmethode, die nur ein kleines Fragment des Virus-Codes liest. Sie fanden heraus, dass das Lesen des gesamten Genoms ein viel klareres Bild der Übertragung lieferte und es ihnen ermöglichte, zwischen Fällen zu unterscheiden, die unter der alten Methode identisch erschienen, sich aber tatsächlich unterschieden. Diese höhere Auflösung half ihnen zu bestätigen, dass Menschen, die in der Nähe voneinander lebten und ähnliche Risikofaktoren teilten, sich tatsächlich gegenseitig infizierten.

Die Forscher entdeckten auch, dass das Virus oft zusammen mit anderen Infektionen wanderte. Durch den Einsatz von Sequenzierungsmethoden, die mehrere Viren gleichzeitig nachweisen konnten, fanden sie heraus, dass viele Patienten mit Hepatitis A auch mit Hepatitis C infiziert waren, einem Virus, das über ähnliche Wege übertragen wird. Diese Koinfektion trug wahrscheinlich zu der schweren Erkrankung und den höheren Sterberaten bei, die während der Ausbrüche beobachtet wurden, da Menschen mit bestehenden Leberschäden weniger in der Lage waren, die neue Infektion zu bekämpfen.

Letztlich zeigte die Studie, dass die Kombination von genetischen Daten mit traditionellen Gesundheitsuntersuchungen eine wesentlich schärfere Sicht darauf bietet, wie Krankheiten sich ausbreiten. Die Forscher zeigten, dass während Risikofaktoren wie Obdachlosigkeit und Drogenkonsum starke Treiber der Übertragung sind, das Virus soziale Grenzen nicht respektiert. Es bewegt sich zwischen Menschen mit und ohne diese Risikofaktoren und überquert mit Leichtigkeit geografische Grenzen. Die Ergebnisse legen nahe, dass zur Bekämpfung zukünftiger Ausbrüche Gesundheitsbehörden starke Impfprogramme für Erwachsene aufrechterhalten müssen, insbesondere in kommunalen Einrichtungen wie Gesundheitszentren, die vulnerable Bevölkerungsgruppen versorgen. Sie müssen zudem die Hygieneinfrastruktur verbessern, etwa den Zugang zu sauberen Toiletten und Waschstationen, um die Infektionskette zu unterbrechen. Durch die Nutzung dieser neuen genetischen Werkzeuge können Gesundheitsteams nun die unsichtbaren Pfade des Virus sehen und ihre Interventionen präziser steuern, was potenziell Leben retten und zukünftige Wellen der Infektion verhindern kann.