Investigating laboratory capacity and whole genome sequencing practices to inform standardised protocols for bacterial genomic surveillance in Africa.

In vielen Teilen der Welt ist Fieber bei einem Neugeborenen ein medizinischer Notfall, der sofortiges und präzises Handeln erfordert. Wenn ein Baby eine Sepsis entwickelt – eine schwere Reaktion auf eine Infektion, die sich über die Blutbahn ausbreiten kann –, bestimmt die spezifische Art des Bakteriums, das die Krankheit verursacht, den besten Behandlungsverlauf. Ein ganz bestimmtes Bakterium, bekannt als Klebsiella pneumoniae, ist eine der führenden Ursachen für diese gefährlichen Infektionen in ganz Afrika. Um diese Infektionen zu stoppen und zu gewährleisten, dass Ärzte die richtigen Medikamente einsetzen, müssen Wissenschaftler genau wissen, welche Stämme von Bakterien vorhanden sind und wie sie sich verhalten. Jahrzehntelang berief sich die Identifizierung dieser Keime darauf, sie in einer Schale zu züchten und zu beobachten, wie sie auf Chemikalien reagieren – ein Prozess, der Zeit kostet und oft an Detailtiefe mangelt. Heute ist ein leistungsfähigeres Werkzeug namens Vollgenomsequenzierung (Whole Genome Sequencing) entstanden. Diese Methode liest den vollständigen genetischen Code eines Bakteriums und bietet eine detaillierte Karte, die nicht nur offenbart, um welchen Keim es sich handelt, sondern auch, wie er gegen Antibiotika resistent sein könnte und woher er stammt. Der Einsatz dieser Technologie zur Verfolgung von Infektionen könnte Leben retten, aber nur, wenn die Labore, die die Arbeit ausführen, auch dazu in der Lage sind.

Ein Team von Forschern setzte sich zum Ziel, die aktuelle Realität dieser Technologie auf dem afrikanischen Kontinent zu verstehen. Sie wollten wissen, ob Krankenhäuser und Forschungszentren über die notwendigen Werkzeuge und Fähigkeiten verfügen, um vom traditionellen Testen zur fortgeschrittenen genetischen Überwachung überzugehen. Um die Antwort zu finden, versandten sie einen detaillierten Fragebogen an ein weites Netzwerk von Klinikern und Wissenschaftlern in fünfundzwanzig verschiedenen afrikanischen Ländern. Das Ziel war es, die Landschaft der Labor-Kapazitäten abzubilden, wobei der Fokus speziell auf den Schritten lag, die zur Identifizierung von Bakterien und zur Analyse ihres genetischen Materials erforderlich sind. Die Umfrage sammelte Antworten von zweiundfünfzig Institutionen und lieferte so ein klares Bild der aktuellen Lage vor Ort.

Die Ergebnisse zeigten ein gemischtes Bild von Leistungsfähigkeit und Bedarf. Unter den Institutionen, die Fragen zu ihren Testmöglichkeiten beantworteten, berichteten 61 Prozent, dass sie Blutkulturen durchführen – ein Prozess, bei dem Blut von einem Patienten entnommen und in einen speziellen Behälter gegeben wird, um das Wachstum etwaiger Bakterien zu fördern. Soblich die Bakterien gewachsen sind, müssen sie identifiziert werden. Die meisten dieser Labore, nämlich 71 Prozent, verlassen sich noch immer auf manuelle Systeme, die chemische Reaktionen nutzen, um die Spezies der Bakterien zu bestimmen. Ähnlich verhält es sich bei 82 Prozent, die eine traditionelle Methode anwenden, bei der kleine mit Antibiotika getränkte Papierscheiben verwendet werden, um zu sehen, welche Medikamente das Wachstum der Bakterien stoppen. Obwohl diese Methoden etabliert sind, sind sie langsamer und weniger detailliert als moderne genetische Ansätze. Die physische Ausrüstung in diesen Laboren ist in einigen Bereichen überraschend robust; fast jeder Befragte gab an, Zugang zu einem Gefrierschrank mit extrem niedrigen Temperaturen, einer Zentrifuge zum Rotieren von Proben und einer Maschine zur Vervi mehrfachung genetischen Materials zu haben. Ein spezieller Typ von Inkubator jedoch, der Proben sanft schüttelt, um ihr Wachstum zu unterstützen, war weniger verbreitet und in nur 67 Prozent der Einrichtungen verfügbar.

Als die Forscher nach der Fähigkeit fragten, eine Vollgenomsequenzierung durchzuführen, zeigten die Ergebnisse, dass mehr als die Hälfte der Befragten, nämlich 54 Prozent, in der Lage ist, den gesamten Prozess innerhalb der eigenen Räumlichkeiten abzuwickeln. Dieser Arbeitsablauf umfasst die Extraktion des genetischen Materials aus den Bakterien, die Vorbereitung für das Auslesen und das anschließende Durchführen der Sequenziermaschine. Die meisten dieser Labore, 88 Prozent, extrahieren die DNA selbst, wobei sie primtär Kits verwenden, die auf Säulen basieren, um das genetische Material zu filtern und zu reinigen. Während der Prozess sich den späteren Stadien nähert, wie etwa der Analyse der massiven Datenmengen, die von den Sequenziermaschinen produziert werden, nimmt die Abhängigkeit von externer Hilfe zu. Dies verdeutlicht einen signifikanten Engpass: Während die physische Sequenzierung stattfindet, hat die Fähigkeit zur Interpretation der Ergebnisse Schwierigkeiten. Jede einzelne der Befragten, die Fragen zur Bioinformatik beantwortete, berichtete von Herausforderungen. Sie nannten den mangelnden Zugang zu leistungsstarken Computern, die komplexe Daten verarbeiten können, sowie einen Mangel an Speicherplatz für die digitalen Dateien.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass eine solide Basis an Kapazitäten besteht, um die genomische Überwachung bei neonataler Sepsis an den teilnehmenden Institutionen zu unterstützen. Die Fähigkeit, Bakterien zu züchten und sogar deren Genome zu sequenzieren, existiert in mehr als der Hälfte der untersuchten Labore. Der Weg, diese Technologie jedoch voll auszuschöpfen, ist noch nicht klar ersichtlich. Die Forscher fanden heraus, dass weiterhin erhebliche Investitionen nötig sind, um Blutkulturprogramme zu stärken, zuverlässige Lieferketten für die benötigten Materialien zu sichern, die Sequenzierungskapazitäten zu erweitern und die digitale Infrastruktur aufzubauen, die für die Analyse und den Austausch der Daten erforderlich ist. Diese Erkenntnisse werden dazu beitragen, die Erstellung standardisierter Protokolle zu leiten, die den vielfältigen Realitäten der Labore auf dem Kontinent gerecht werden und sicherstellen, dass das Versprechen der genetischen Überwachung schließlich auch die verletzlichsten Patienten schützen kann.