Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung

Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)

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Titel: 'Multisektorale Strategie zur Bekämpfung der Brucellose in Ostafrika'
Titel (englisch): Multi-sectoral strategy for brucellosis control in Eastern Africa
Beschreibung (dt.): Die Nutztierpopulation in Uganda und Kenya wird derzeit mit 30,4 Mio Rindern, 42,3 Mio Ziegen, 21,1 Mio Schafen und 5,3 Mio Schweinen angegeben. Diese Tiere sind die wichtigste Ressource der Versorgung mit tierischem Eiweiß und bilden die Haupteinnahmequelle und damit die Grundlage der sozio-ökonomischen Entwicklung für 70-80% der Bevölkerung. Zoonosen, insbesondere die Brucellose, bedrohen diese Lebensgrundlage erheblich. Ziele des Projektes sind die Erhebung von validen epidemiologischen Daten und deren Nutzung für Interventionsmaßnahmen sowie die Aus- und Weiterbildung für alle mit dem Thema befassten Personenkreise. Zielstellungen 1. Aufbau der technischen und personellen Voraussetzungen zur Diagnostik und Typisierung von Brucella spp. am COVAB, Makerere University, und an der Faculty of Veterinary Medicine, University of Nairobi (UONBI). 2. Training und Aufbau von technischen Kapazitäten zur Feld- und Labordiagnostik und Überwachung der Brucellose bei Tierärzten, Ärzten, lokalen Untersuchungslabors. 3. Schwerpunkt des deutschen Projektanteils: Isolierung, phänotypische und genotypische Charakterisierung von Brucella Ausbruchsstämmen aus Wild- und Haustieren sowie dem Menschen. Bestimmung der zeitlichen und geografischen Verteilung von Genotypen. Zuordnung von Ausbruchsstämmen zu möglichen Quellen, Übertragungswege. 4. Konjunktivale Pilot-Vakzinierung als präventive Maßnahme. Fragestellungen: (1) Status quo der Brucellose unter den verschiedenen Haltungsbedingungen von Nutztieren. (2) Korrelation zwischen Ausbrüchen bei Tieren und beim Menschen. (3) Erfassung und Verteilung der Biovare/Genotypen bei Tier und Mensch. (4) Wirksamkeit der konjunktivalen Impfung. (5) Definition von zu schaffenden Kapazitäten (infrastrukturell/personell) für ein nachhaltiges Brucellose-Management. (6) Schulung der Bevölkerung zum Thema Brucellose sowie zu Fragen von Hygiene und Infektionsrisiko im Umgang mit dieser Zoonose.
Beschreibung (engl.): The total livestock populations within Uganda and Kenya affected/threatened by Brucellosis are estimated at 30.4 million cattle, 42.3 million goats, 21.1 million sheep and 5.3 million pigs, most of which are kept by resource poor farmers. These livestock are pivotal resource providing food security, promoting livelihoods, accounting for 20 to 30% of gross domestic product, and employ about 70 to 80% of the population. Main objectives 1. Develop capacity at COVAB, Makerere University, and Faculty of Veterinary Medicine, University of Nairobi (UONBI) for diagnostic and typing of Brucella spp. 2. Build capacity and train local field veterinarians, local doctors and laboratory technicians to diagnose, detect and conduct surveillance of brucellosis using applied diagnostics. 3. Main Target of the German Contribution: Isolation, characterization and genotyping of Brucella outbreak strains infecting wildlife, domestic ruminants and humans; determination of temporal and regional distribution of genotypes; determination of sources and routes of spread of infections. 4. Prevention by conjunctival vaccination Questions to be dealt with 1) What is the status of brucellosis in various livestock reared in the E. African regions? 2) Correlation between outbreaks in Animals and humans. 3) What Brucella biovars/genotypes are involved in the causation of brucellosis in livestock and humans? 4) Efficacy of conjunctival vaccination 5) What infrastructural/human capacities are needed for sustainable brucellosis management? 6) Education of people on Brucellosis, Hygiene and infection risks – how to close the gaps?
Ergebnis (dt.): Projektergebnisse:
Für die Analyse der Verbreitung und Diversität von Ausbruchsstämmen von Brucella spp. Konnten 47 Proben von B. abortus aus 11 Gouvernements und 137 Proben von B. melitensis aus 17 Gouvernements Ägyptens aus den Jahren 2001-2020 herangezogen werden.
Die Genotypisierung, basierend auf Unterschieden in cgSNPs oder der Fragmentlänge von VNTR-Makern, ermöglichte eine genaue Differenzierung auf Isolatebene. Für die Zuordnung von Genotypen zu Ausbruchsstämmen und damit deren Differenzierung wurden die epidemiologischen Metadaten, Zeitpunkt und Ort sowie Tierart der Isolierung, verwendet.
Die bisherige, mehrfach publizierte Annahme, dass Isolate mit unterschiedlichen MLVA-Strings, also unterschiedliche MLVA-Genotypen, auch unterschiedliche Ausbruchsstämme repräsentieren bzw. vice versa gleiche MLVA-Genotypen identische Ausbruchsstämme wurde in diesem Projekt widerlegt.
Die Analysen ergaben ein völlig neues Bild der Diversität und Verteilung von Brucella abortus und Brucella melitensis in Ägypten. Danach gibt es eher alte Ausbruchsstämme, deren Ursprung wahrscheinlich in älteren Tierimporten aus dem europäischen Ausland (z. B. Italien und Großbritannien) liegt und, daneben, jüngere und sehr diverse Ausbruchsstämme, für die man einzelne jüngere Tierimporte verantwortliche machen könnte.
Im Einzelnen konnten Ausbruchsstämme mit einer zum Teil weiten Verbreitung über bis zu 5 Gouvernements nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse sprechen für die Verschleppung der Erreger mit Lebendtiertransporten oder über kontaminierte tierische Lebensmittel, vor allem Milchprodukte.
Diese Zuordnungen sind von größter Relevanz für eine zielgerichtete Analyse der epidemiologischen Situation des Vorkommens und der Verbreitungswege und –ursachen der Brucellose in Ägypten. Mit der hier etablierten Methodik hätten human- und veterinärmedizinische Einrichtungen ein Werkzeug in der Hand für die Etablierung von zielgerichteten Bekämpfungsmaßnahmen. Dieser Ansatz ist auf jegliche andere Region mit epidemischem Vorkommen von Brucellose übertragbar.
Ein wichtiger Meilenstein des Projekts war die Etablierung einer am referenzlabor Brucellose, IBIZ FLI Jena, entwickelten bioinformatischen Pipeline auf dem „BinAC“-Server in Tübingen und der Einrichtung entsprechender externer Zugänge für die Bearbeiter in Hohenheim und am IBIZ. Damit sind die Grundlagen für die Auswertung von bakteriellen Gesamtgenomsequenzen, nicht nur für Brucella spp., an der Universität Hohenheim geschaffen worden.
Als ein zusätzlicher Arbeitspunkt zu den ursprünglich geplanten Methoden zur Genotypisierung wurde die canSNP-Analyse für Brucella melitensis nach Jeffrey Foster (Foster et al. 2018) in Hohenheim etabliert. Diese Methode ermöglicht die phylogeographische Einordnung von Isolaten von B. melitensis und damit die Etablierung eines hierarchischen Typisierungsschemas für neue Feldisolate von Brucella spp.

Empfehlungen:
Mit der Etablierung der Differenzierung von Brucella-Genotypen mittels cgSNP-Analyse in Verbindung mit der Zuordnung der Genotypen zu durch epidemiologische Methadaten definierten Ausbruchsstämmen konnten die Diversität und Verbreitung der Brucellose in Ägypten beispielhaft analysiert werden. Diese Methodik sollte in allen künftigen Bekämpfungsprogrammen zur Brucellose Verwendung finden.
Ergebnis (engl.): Results:
In order to analyze the spread and diversity of outbreak strains of Brucella spp. 47 isolates of B. abortus from 11 Gouvernements and 137 isolates of B. melitensis from 17 Gouvernements in Egypt could be used. Samples were available from years 2001-2020.
Genotyping based on differences in cgSNPs or the fragment lengths of VNTR-makers revealed a very fine differentiation of strains on the level of isolates from outbreaks. Epidemiological metadata on date and site of sampling and the animal species as well were used to correlate genotypes with outbreak strains.
Results revealed from cgSNP analysis and their comparison to the appropriate MLVA data do not support the recently published and commonly followed idea on the epidemiological interpretation of Brucella-MLVA data. Identical MLVA genotypes do not indicate identical outbreak strains and vice versa.
Our anlysis give a new picture on diversity and spread of Brucella abortus and Brucella melitensis in Egypt. Results indicate the presence of rather old outbreak strains which might have been imported with animals from European countries like Italy and Great Britain. On the other hand there are rather young and very diverse outbreak strains identified indicating recent imports of animals as a source.
In some cases outbreak strains could be defined having spread among and between up to five Gouvernements. These results indicate the spread of the pathogens by live animal transports or via contaminated animal products, mainly dairy products.
Such phylogeografic correlations are of great relevance for every analysis of the epidemiological situation of the presence, routes and causative factors of spread of Brucellosis in Egypt. The know-how and methodology developed in this project can provide a tool for targeted control programs. Such an approach can also be transferred to other regions endemic for Brucellosis.
One of the main milestones in this project has been the establishment of a bioinformatics pipeline on the “BinAC”-Sever in Tübingen as developed at the reference laboratory on Brucellosis, the IBIZ FLI Jena. Access for scientists from IBIZ and the University of Hohenheim was provided, appropriately. With this tool, the basics for analysis of bacterial whole genome sequences are made available for the University.

Recommendations:
The establishment of a tool for differentiation of Brucella genotypes by cgSNP-analysis and correlating genomic data with epidemiological metadata to define outbreak strains allows for the analysis of diversity and spread of the disease Brucellosis. This tool should become part of every future programs on the control of Brucellosis.
Laufzeit: Beginn: 01.08.2018 / Ende: 31.12.2021
Ausf. Einrichtung: Universität Hohenheim - Fakultät Agrarwissenschaften - Institut für Nutztierwissenschaften - FG Infektions- und Umwelthygiene bei Nutztieren (460e), Stuttgart
Themenfelder: Welternährung, global food security
Förderprogramme: Internationale Forschungskooperationen
Schlagworte: Tiergesundheit, animal health
Zielland: Kenia, Uganda
Förderkennzeichen: 2817LEAP01
Dokument zum Download: Projektsteckbrief_deu.pdf (745,1 KB) Steckbrief_deu_Projektende.pdf (4,4 MB) Project_brief_eng_end.pdf (3,5 MB)

Kontakt:

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