Der 80 Jahre alte "lebensfähige" Anthrax-Stamm wurde mithilfe der fortgeschrittenen genomischen Sequenzierung entlarvt

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Ein Team internationaler Forscher hat herausgefunden, dass ein Stamm von Milzbrand verursachenden Bakterien, der 80 Jahre nach einem vereitelten Spionageangriff des Ersten Weltkrieges als lebensfähig galt, in Wirklichkeit ein viel jüngerer Standardlaborstamm war. Das Team spekuliert, dass die Verwechslung durch eine übliche Kontamination des Labors verursacht wurde.

Die Studie, die in mBio®, einer Open-Access-Zeitschrift der American Society for Microbiology, veröffentlicht wurde, hebt die Fortschritte in der genomischen Sequenzierung hervor, die jetzt eine genaue Verfolgung von Bakterienstämmen ermöglichen, die in der biologischen Kriegsführung und bei Terroranschlägen auf der ganzen Welt verwendet werden.

"In der Vergangenheit gab es immer wieder Verwechslungen mit Bakterien während der Forschung", sagt Paul Keim, leitender Direktor des Pathogen and Microbiome Institute der Northern Arizona University in Flagstaff und leitender Autor der aktuellen Studie. "Aber jetzt, wo wir die molekularen Werkzeuge haben, können wir die Qualitätskontrolle an Stammsammlungen durchführen, um genau herauszufinden, was sie enthalten."

Die aktuelle Studie entkräftet die Behauptung, dass eine biologische Waffe aus dem Ersten Weltkrieg, die Anthrax verursachende Sporen enthält, noch 80 Jahre später lebensfähig sei. Im Jahr 1917 wurde der deutsche Spion Baron Otto von Rosen in Norwegen gefangen. Er enthielt Zuckerstücke, in die Glaskapillaren eingebettet waren, die mit einer Flüssigkeit gefüllt waren, die Sporen von Bacillus anthracis, dem Anthrax verursachenden Bakterium, enthielt. Er wurde verdächtigt, die Zuckerstücke, die die ältesten bekannten Isolate von B. anthracis enthielten, an die Rentiere zu verfüttern, die Transporte von Munition und Nahrungsmitteln für die alliierten Streitkräfte durch die gefrorene arktische Tundra transportierten.

Der vergiftete Zucker blieb bis 1997 in einem norwegischen Polizeimuseum, als er in das heute als Defence Science and Technology Laboratory in Porton Down, Vereinigtes Königreich, bekannte Labor geschickt wurde. Die Forscher verwendeten DNA-Amplifikation, um zu bestimmen, dass das Agens in den winzigen Glasröhren tatsächlich B. anthracis war. Nach einem ausgedehnten Laborkorussell kultivierten und isolierten sie als nächstes vier Kolonien, die aus der Flüssigkeit in den Röhrchen gewachsen waren. In einem Naturpapier aus dem Jahr 1998 erklärten sie, dass sie den Milzbrand-Bakterienstamm wiederbelebt hätten, der acht Jahrzehnte lang als Sporen 1 gedient hatte.

Die DNA-Sequenzierung des gesamten Genoms des Organismus war zu dieser Zeit noch in den Kinderschuhen, so dass die genaue genetische Identität des Stammes nie definiert wurde. Im Jahr 2001 wurde Keim angezapft, um bei der Untersuchung der Anthrax-haltigen Briefe zu helfen, die von einem Terroristen in den USA verschickt wurden. Auf Anfrage des FBI kategorisierte Keims Team alle bekannten Anthrax verursachenden Stämme, zu denen die "Sugar" -Proben von Porton Down und andere Proben aus der ganzen Welt gehörten.

Zu dieser Zeit bemerkte Keim eine sehr enge genetische Ähnlichkeit zwischen den Porton Down-Stämmen und dem, was der Standard-Laborreferenzstamm wurde, der in Experimenten und der Impfstoffentwicklung verwendet wurde, bekannt als der Ames Ancestor-Stamm. In der Dringlichkeit, zu merken, welcher Stamm in den Briefen verwendet wurde - es entpuppte sich als Ames-Stamm -, vergaß er die seltsame Ähnlichkeit.

"Als wir mehr und mehr über den Ames-Stamm erfuhren, wurde es offensichtlich, dass es eine Verunreinigung sein musste", sagt Keim in den Porton-Down-Proben. Dann, auf einer Konferenz im Jahr 2013, wurde er von deutschen Bio-Defense-Forschern angesprochen, die den Eindruck hatten, dass es sich um die ursprüngliche deutsche Spionage handelt. Auch sie hatten seine genetische Ähnlichkeit mit der Ames-Linie bemerkt.

Im Team von Keims Arizona und Herman Meyer und Markus Antwerpen am Bundeswehr-Institut für Mikrobiologie in München wurden die Stämme mittels Next-Generation-Sequencing (NGS) sequenziert, wodurch sie jeden genetischen Unterschied auf der Ebene einzelner Buchstaben analysieren konnten Änderungen am genetischen Code. Es erlaubt ihnen auch, das gesamte Genom eines Stammes zu sequenzieren, nicht nur ein paar Mal, wie die vorherige Technologie, die 2001 verwendet wurde, sondern 100-mal. Die neue Technologie kostet pro sequenziertem Genom ebenfalls etwa 10.000-mal weniger.

Beide Labors bestätigten, dass die "Zucker" -Sorten von Porton Down sich nur durch zwei genetische Buchstaben vom Ames Ancestor-Stamm unterschieden - eine nahezu identische Übereinstimmung. Die Forscher spekulieren, dass während der intensiven Kultivierungsversuche der Zuckerproben im Jahr 1997 Sporen vom Stamm Ames Ancestor, die wahrscheinlich in den militärischen Verteidigungslaboratorien von Porton Down reichlich vorhanden waren, in die Kulturmedien fielen und wuchsen.

Zwei der ursprünglichen Porton Down Forscher, Martin Pearce und Caroline Redmond, haben an dieser neuen Studie zusammengearbeitet, um zu bestätigen, dass tatsächlich ein wahrscheinliches Kontaminationsereignis ihre Ergebnisse abwarf. "Diese Arbeit wurde viele Male als Beweis dafür angeführt, dass Sporen in Flüssigkeit über 80 Jahre überleben können - und jetzt ist das eindeutig nicht wahr", sagt Keim und hinterlässt eine offene Frage, wie lange B. anthracis-Sporen überleben können und immer noch Krankheiten verursachen .

"Aber ihr erster Befund, dass die Kapillarröhre die DNA von B. anthracis enthielt, war ein solides Ergebnis", sagt Keim. Leider muss keines der Proben von 1917 mit der heutigen Technologie vollständig sequenziert werden.

Aber wie wissen die Autoren der neuen Studie, dass ihre Arbeit auch nicht unter Kontamination leidet? "Es wurde von zwei verschiedenen Labors, die auf zwei verschiedenen Kontinenten arbeiten, unabhängig verifiziert", sagt Keim, ein starkes Argument gegen Kontamination.

Die Arbeit zeigt auch die wichtige Rolle, die NGS bei der Qualitätskontrolle von bakteriellen Stammregistern auf der ganzen Welt spielen kann - um sicherzustellen, dass Stämme, die in Experimenten verwendet werden, wirklich das sind, was Forscher für sie halten und Belastungskontamination auffangen.

Artikel: Unerwartete Beziehungen des historischen Anthrax-Stammes, MH Antwerpen, JW Sahl, D. Birdsell, T. Pearson, MJ Pearce, C. Redmond, H. Meyer, PS Keim, mBio®, doi: 10.1128 / mBio.00440-17, veröffentlicht am 25. April 2017