Hintergrund
Die COVID-19-Pandemie hat gezeigt, wie wichtig die Rolle der genomischen Charakterisierung von Krankheitserregern für das Pandemie-Management, Infektionsprävention und -kontrolle sowie die individuelle Patientenversorgung ist. Die genomische Surveillance ermöglicht Erkenntnisse über die Biologie, Evolution und Übertragung von Infektionserregern und verbessert die Wahrnehmung von Übertragungen, Übertragungsketten, Clustern und Ausbrüchen; sie trägt zur Prävention von nosokomialen, also im Kontext einer medizinischen Behandlung erworbenen Infektionen bei. Multiresistente Erreger sind aufgrund der begrenzten Behandlungsmöglichkeiten für infizierte Patient*innen von großer klinischer Bedeutung, wobei Carbapenemase-produzierende Enterobacterales (CPE) die am meisten gefürchteten sind. Da zwischen Ansteckung und Erkrankung bei CPE ein längerer Zeitraum vergehen kann, hat man die weltweite Ausbreitung dieser Erreger auch als „stille Pandemie“ bezeichnet,
GenSurv+ erweitert das bestehende GenSurv-Projekt um multiresistente Erreger am Beispiel von CPE. Ziel ist die verbesserte Erfassung von Ganzgenomdaten bakterieller, multiresistenter Krankheitserreger und die Eindämmung der Ausbreitung dieser „stillen Pandemie“. Das Projekt integriert Genomdaten von den teilnehmenden Standorten sowie notwendige epidemiologischen Metadaten in den GenSurv Data Hub (https://cogdat.de/) und analysiert diese. Die Analyse wird Informationen über die molekulare Epidemiologie von CPE durch die Charakterisierung von Resistenz- und Virulenzdeterminanten und über mutmaßliche Übertragungsereignisse unter Verwendung phylogenetischer Ansätze liefern. Im Ergebnis wird der Data Hub die Gesundheitsbehörden dabei unterstützen, fundierte Entscheidungen über Maßnahmen zur Infektionskontrolle zu treffen, um die Ausbreitung von CPE zu verhindern. Dies wird ein wichtiges Element des sektorübergreifenden Kapazitäts- und Netzwerkaufbaus zur Verbesserung der Pandemiebereitschaft und des Pandemiemanagements darstellen.
Zielsetzung
Das Projekt GenSurv+ zielt auf eine Erweiterung des laufenden Projekts GenSurv ab, um die Charakterisierung von Ganzgenomsequenzierungsdaten bakterieller Krankheitserreger, insbesondere von multiresistenten Bakterien, zu ermöglichen, um diese versteckte Pandemie zu bekämpfen. Die spezifischen Ziele sind i.) die Ganzgenomsequenzierung von CPE als Modellorganismus an den verschiedenen NUM-Standorten und ii.) das Hochladen dieser Datensätze zusammen mit relevanten epidemiologischen Metadaten in den Data Hub von GenSurv (https://cogdat.de/), der iii.) im Rahmen dieses Projekts modifiziert und erweitert wird, um die anschließende Analyse dieser Datensätze sicherzustellen.
Herausforderungen
GenSurv+ steht vor der Herausforderung, die Ausbreitung der „stillen Pandemie“ multiresistenter Erreger mithilfe von genomischer Surveillance einzudämmen. Die Integration und Analyse von Sequenzierungs-Daten erfordert die Koordination zwischen NUM-Standorten, dem öffentlichen Gesundheitsdienst und Laboren sowie eine starke Datenschutzkonformität und Zusammenführung mit bestehenden Infrastrukturen. Besonders die Einbindung lokaler Gesundheitsbehörden erfordert klare Empfehlungen, technologische Schnittstellen und Leitlinien für die effektive Nutzung von genetischen Daten. Hinzukommt das die Sequenzierung von Bakteriengenomen aufgrund der höheren Komplexität gegenüber Viren erschwert ist. Das Projekt zielt darauf ab, diese Hürden zu überwinden und die genomische Surveillance als entscheidendes Instrument im Infektionsschutz in Deutschland zu etablieren.
Methodik
Das GenSurv+ Projekt implementiert ein anspruchsvolles Projekt-Setup zur Erweiterung der genomischen Surveillance multiresistenter Erreger. Die Umsetzung beinhaltet die Sequenzierung von multiresistenten Bakterien, Datenupload in den GenSurv Data Hub und die Analyse mittels verschiedener Verfahren. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit zwischen den teilnehmenden NUM-Standorten, dem Robert-Koch-Institut, dem Nationalen Referenzzentrum für gramnegative Krankenhauserreger sowie teilnehmenden Landesstellen und Gesundheitsämtern.
GenSurv+ besteht aus insgesamt fünf Arbeitspaketen (AP). AP1 legt die Grundlagen, indem es die Strategie für die Auswahl der zu sequenzierenden Stämme formuliert und eine Bedarfsanalyse bei den Gesundheitsbehörden durchführt, um den Bedarf für eine erfolgreiche Integration der Ganzgenomsequenzierung-basierten Surveillance in Maßnahmen des öffentlichen Gesundheitswesens zu klären. AP2 konzentriert sich auf die Bestimmung von Sequenzierungsdatensätzen von CPE in den teilnehmenden Labors (auf der Grundlage der in AP1 vereinbarten Strategie) und das anschließende Hochladen der Daten in den Data Hub. Um eine einheitliche Typisierungsqualität zu erreichen, ist die Durchführung eines Ringversuchs geplant. AP3 beinhaltet die Entwicklung von Analyse-Pipelines innerhalb der GenSurv Data Hub-Infrastruktur für bakterielle Krankheitserreger. Diese besteht aus einem Modul zur Bestimmung von genetischen Distanzen zwischen bakteriellen Genomen, einer Funktion zur automatischen Erkennung von Clustern und einem Modul zur Bestimmung von Resistenz- und Virulenzgenen. AP4 ist für die Analyse/Interpretation der Daten und die Zusammenstellung der Ergebnisse in umfassenden Berichten verantwortlich. Dieses Arbeitspaket erleichtert auch die Kommunikation und den Informationsaustausch mit den Gesundheitsbehörden im Falle eines möglichen Clusters. AP5 dient als zentrale Koordinationsstelle, die den Fortschritt der anderen Arbeitspakete konsequent überwacht und unterstützt. Die Koordination wird von verschiedenen Ausschüssen unterstützt, die im Rahmen der Governance-Struktur eingerichtet wurden. Diese kombinierte Infrastruktur ist grundsätzlich skalierbar und international anschlussfähig konzipiert. Unsere Infrastruktur basiert auf Institutions-, Sektoren- und Professionen-übergreifender und überregionaler vertrauensvoller Zusammenarbeit. Wir kooperieren mit anderen Infrastrukturen und Initiativen innerhalb und außerhalb des NUM. Die Prinzipien der Offenheit, Kollaboration, Qualitätssicherung und Effizienz gemäß der FAIR-Prinzipien stellen die Basis unseres Arbeitens dar.
Straegien zur Surveillance von CPE
Das Ziel von AP5 ist es, zur Vernetzung der Projektpartner untereinander und mit anderen NUM-Projekten und -Partnern sowie externen Partnern beizutragen. Dies erfordert einen koordinierten und strukturierten Ansatz. Dies soll durch eine “Informations-Hub” gewährleistet werden, eine zentrale Sammel- und Ausgabestelle für Informationen über Inhalte, Personen, Prozesse usw., die diese in strukturierter und abrufbarer Weise archivieren und verwalten soll.
Dies ermöglicht es auch, den Informationsverlust im Falle einer zeitlichen Veränderung so gering wie möglich zu halten und jederzeit zeitnah intern und extern kommunizieren zu können. Damit diese Aufgabe so effizient und sicher wie möglich durchgeführt werden kann, ist sie auf zwei Standorte verteilt.
Dezentralisierte Sequenzierung CPE und Upload in den Data Hub
1. Ermittlung der WGS-Datensätze von CPE in den teilnehmenden Labors
2. Upload der WGS-Datensätze in den Data Hub
3. Durchführung eines Ringversuchs in allen teilnehmenden Laboratorien
Erweiterung der Data Hub Infrastruktur
Einrichtung und Umsetzung von Analyse-Pipelines innerhalb der Data-Hub-Infrastruktur für bakterielle Krankheitserreger.
Phänotypische Charakterisierung erfolgreicher Lineages Anwendung von Instrumenten und Analysen im Data Hub und Verknüpfung mit epidemiologischen Daten
Während des Projekts werden Isolate, die durch WGS als verwandt erkannt werden, identifiziert. Da die Isolierung von CPE in Deutschland meldepflichtig ist, stehen den Gesundheitsbehörden relevante epidemiologische Daten zur Verfügung oder können auf der Grundlage des deutschen
Infektionsschutzgesetzes (IfSG) beschafft werden. In Zusammenarbeit mit den Gesundheitsbehörden können daher molekulare und epidemiologische Daten integriert und zu einem Gesamtbild zusammengeführt werden.
Koordination und Informations-Hub
Das Ziel von AP5 ist es, zur Vernetzung der Projektpartner untereinander und mit anderen NUMProjekten und -Partnern sowie externen Partnern beizutragen. Dies erfordert einen koordinierten und strukturierten Ansatz. Dies soll durch eine “Informations-Hub” gewährleistet werden, eine zentrale Sammel- und Ausgabestelle für Informationen über Inhalte, Personen, Prozesse usw., die diese in strukturierter und abrufbarer Weise archivieren und verwalten soll.
Dies ermöglicht es auch, den Informationsverlust im Falle einer zeitlichen Veränderung so gering wie möglich zu halten und jederzeit zeitnah intern und extern kommunizieren zu können. Damit diese Aufgabe so effizient und sicher wie möglich durchgeführt werden kann, ist sie auf zwei Standorte verteilt.
