Blut-basierte immunologische Signaturen für extrapulmonale Tuberkulose entschlüsselt

Die Diagnose und Behandlung der extrapulmonalen Tuberkulose ist eine Herausforderung. Die Identifizierung von molekularen immunologischen Signaturen im Blut der Patienten durch Forschende aus Köln und Bonn könnte die Diagnostik maßgeblich verbessern.

Tuberkulose (TB) ist mit jährlich etwa zehn Millionen neuen Fällen und 1,25 Millionen Todesfällen eine der weltweit führenden Infektionskrankheiten. Die Infektion mit dem Bakterium Mycobacterium tuberculosis befällt in erster Linie die Lunge. Bei bis zu 25 Prozent aller infizierten Personen werden aber auch weitere Körperregionen wie Lymphknoten, Knochen oder das Gehirn befallen. Die Immunreaktion insbesondere bei dieser sogenannten extrapulmonalen TB (EPTB) ist bislang unzureichend verstanden.

In einer im Fachjournal “Nature Communications” veröffentlichten Studie haben Forschende des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF), des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), der Uniklinik Köln und des LIMES-Instituts der Universität Bonn die immunologischen Eigenschaften der EPTB im Blut von betroffenen Patientinnen und Patienten entschlüsselt.

Klassifizierung in drei Immunotypen

EPTB betrifft in manchen Regionen der Welt bis zu 30 Prozent der Patienten und kann alle Organe außerhalb der Lunge befallen. Dies erschwert die Diagnose und Behandlung erheblich, da leicht zugängliche Biomarker fehlen. Um die immunologischen Vorgänge besser zu verstehen, untersuchte das Forschungsteam das Blut von EPTB-Patienten mit modernen Multi-Omics-Ansätzen, darunter die Einzelzell-RNA-Sequenzierung von Blutzellen. Die Analyse der Transkriptomdaten zeigte komplexe Signalnetzwerke zwischen relevanten Komponenten des Immunsystems.

„Mithilfe der Daten konnten wir EPTB-Patienten erstmals drei klar unterscheidbare Immunotypen zuordnen, die unterschiedliche Krankheitsverläufe widerspiegeln“, sagt Dr. Sebastian Theobald, Erstautor und Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Uniklinik Köln. Co-Erstautor Kilian Dahm, Bioinformatiker am Universitätsklinikum Bonn und am DZNE, ergänzt: „Insbesondere das Zusammenspiel der Interferon- und Interleukin-1-Signalwege sowie die Aktivierung von T-Zellen und Natürlichen Killerzellen spielten bei der Identifizierung der Immunotypen eine tragende Rolle.“

Neue Diagnostik dank molekularer Signaturen im Blut

„Diese Dynamik ermöglicht neue Einblicke in den Krankheitsmechanismus der Tuberkulose und wird hoffentlich in Zukunft dazu führen, dass wir Patientinnen und Patienten individuell und effektiver behandeln können“, erklärt Prof. Jan Rybniker, Leiter des Schwerpunkts für Klinische Infektiologie der Uniklinik Köln und stellvertretender Koordinator des DZIF-Forschungsbereichs Tuberkulose.

Denn darüber hinaus gelang es den Forschenden, genexpressionsbasierte Biomarker zu entwickeln, die sowohl extrapulmonale als auch pulmonale TB zuverlässig diagnostizieren können. Aktuell müssen Patienten für die Diagnose einer EPTB einer Gewebepunktion unterzogen werden. Künftig könnte die Bestimmung von Signaturen, die auf immunologischen Markern und Genexpressionsmustern im Blut basieren, als leicht zugängliche Biomarker für die Diagnose von EPTB dienen.

„Die klinische Charakterisierung der Patientinnen und Patienten war entscheidend, um die molekularen Ergebnisse richtig einzuordnen und die Brücke zur klinischen Anwendung zu schlagen“, fügt PD Dr. Isabelle Suárez, Oberärztin in der Klinik I für Innere Medizin der Uniklinik Köln, hinzu. Die im Rahmen der bisherigen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse zur Diagnostik von EPTB-Patienten werden derzeit im Rahmen einer größeren klinischen Kohorte, der mEx-TB-Studie, unter der Leitung von Rybniker und Suárez an mehreren Standorten des DZIF in Deutschland weiter validiert.