Virologische Surveillance von akuten Atemwegserkrankungen (ARE)

Projektleiter: Ralf Dürrwald, Barbara Biere; NRZ für Influenzaviren

Die Virologische ARE Surveillance ermöglicht eine zeitnahe Zuordnung der Ätiologie von epidemischen Krankheitswellen in Deutschland zu wichtigen respiratorischen Krankheitserregern und sichert einen repräsentativen Einblick in die viralen Erregerpopulationen. Das Fachgebiet 17 befasst sich mit der virologische Surveillance von akuten Atemwegserkrankungen im Rahmen des bundesweiten Sentinels der Arbeitsgemeinschaft Influenza (AGI), die in Zusammenarbeit mit der Syndromischen Surveillance des Fachgebietes 36 am Robert Koch-Institut erfolgt (Abb. 1). Dank der Mitarbeit von niedergelassenen Arztpraxen erhebt die AGI Daten zu akuten Atemwegserkrankungen im ambulanten Bereich und ermöglicht so einen Überblick über die epidemiologische Situation der akuten Atemwegsinfekte in Deutschland (syndromische Surveillance). Etwa ein Fünftel der teilnehmenden Arztpraxen sendet auch Abstriche von Patienten mit einem akuten Atemwegsinfekt an das Nationale Referenzzentrum für Influenzaviren in FG17, wo sie auf derzeit 18 verschiedene Atemwegsviren untersucht werden. In dem virologischen Teil der Überwachung sind die Influenza A und B Viren, SARS-CoV-2 und RSV von besonderem Interesse, aber auch andere häufig auftretende Viren wie z.B. das humane Metapneumovirus, humane Parainfluenzaviren, Influenza C Viren Rhinoviren, Adenoviren oder saisonale Coronaviren werden überwacht. Die erhobenen Daten werden im ARE-Wochenbericht veröffentlicht (Abb. 1) und internationalen Netzwerken zur Virusüberwachung von ECDC und WHO zur Verfügung gestellt.

Abb. 1 Struktur der nationalen Surveillance von Atemwegsinfektionen durch die Arbeitsgemeinschaft Influenza (AGI) in Deutschland. Quelle:RKI

Methodik

Die in der virologischen Surveillance mitarbeitenden Arztpraxen werden mit den für Probennahme und -versand notwendigen Materialien ausgestattet und sind gebeten, Patienten mit Atemwegsinfekten nach einem vorgegebenen Schema (Symptomatik, Anzahl, Altersgruppen) abzustreichen.

Nach Ankunft einer Probe im NRZ für Influenzaviren erfolgt der erste Virusnachweis mittels des Goldstandards in der Virusdiagnostik, der qPCR. In einem Multiplex-Verfahren werden die Proben auf ein definiertes Viruspanel untersucht. Die Ergebnisse liegen am Tag der Untersuchung vor und werden den Einsendern unverzüglich zurückgespiegelt.

Werden Influenzaviren oder SARS-CoV-2 in den Proben nachgewiesen, so werden die Genome dieser Viren entschlüsselt und in die Gesamtheit aller bekannten Genome eingeordnet. Auf diese Weise wird die Evolution der Viren detailliert rekapituliert, sowie Virusgruppen mit besonderen Eigenschaften wie einem ungewöhnlichen Wirtsspektrum oder verändertem Resistenzprofil identifiziert (z.B. besorgniserregende Varianten von SARS-CoV-2).

Influenzaviren werden zudem in Zellkultur angezüchtet, um sie hinsichtlich ihres phänotypischen Antigenprofils und der Abdeckung durch aktuelle Impfstoffe zu charakterisieren. Unter Zuhilfenahme spezifischer Immunseren wird dabei die Reaktivität der im Immunserum enthaltenen Antikörpern mit den Oberflächenproteinen der Virusisolate im Hämagglutinationshemmtest analysiert. Dies ermöglicht eine Abschätzung der Bindungsfähigkeit der durch die Impfungen induzierten Antikörper an die zirkulierenden Viren und gibt einen laborgestützten Hinweis auf die Schutzwirkung der aktuellen Impfstoffkomposition (siehe auch Virologische Analysen im Nationalen Referenzzentrum für Influenzaviren Saison 2023/24).

In einer Stichprobe der Influenzavirus-Isolate wird zudem die Empfindlichkeit der Viren gegenüber antiviralen Arzneimitteln betrachtet. Diese Analysen beinhalten die phänotypische Untersuchung auf die Neuraminidasehemmer Oseltamivir und Zanamivir sowie die genotypische Untersuchung auf die genannten Neuraminidasehemmer sowie den Endonukleasehemmer Baloxavir marboxil und die Wirkstoffklasse der Adamantane.

Wichtige Ergebnisse

Abb. 2 Anteil der einzelnen Virusnachweise in der Gesamtheit der eingesendeten Proben im Zeitraum zwischen den Kalenderwochen 40/2023 und 01/2024. Quelle:RKI

Abb. 3 Anteil der einzelnen Virusnachweise in den Proben verschiedener Altersgruppen in der Kalenderwoche 01/2024. Quelle:RKI

Die kontinuierliche und zeitnahe Überwachung der Zirkulation von Atemwegsviren erlaubt nicht nur jederzeit eine Einschätzung der aktuellen epidemiologischen Situation, sondern ermöglicht auch das Erkennen von ungewöhnlichen Zirkulationsmustern (Abb. 2). Dies wurde in der Endphase der COVID-19 Pandemie besonders deutlich, als die schrittweise Aussetzung der Infektionsschutzmaßnahmen zu einem Nachholeffekt führte, der sich in heftigen und zeitlich verschobenen RSV- und Influenzawellen bemerkbar machte (siehe auch Virologische Analysen in der COVID-19-Pandemie).

Die Zusammensetzung des beprobten Patientenkollektivs erlaubt zudem eine Zuordnung der Virusnachweise zu verschiedenen Altersgruppen. Betrachtet man die Viruslast in den verschiedenen Altersgruppen über eine Zeitachse, so wird die Ausbreitung der Infektionswellen durch die verschiedenen Altersgruppen erkennbar. Während manche Viren kein klares Muster in der Altersverteilung über die Zeit zeigen, beginnt z.B. die Influenzawelle oft mit hohen Infektionszahlen bei Schulkindern, von denen sich die Infektion in die übrigen Altersgruppen ausbreitet (Abb. 3).

Die Genomanalysen der Influenzaviren sowie die Ergebnisse der Untersuchungen zur Resistenz gegen antivirale Arzneimittel fließen in die kontinuierliche internationale Surveillance dieser Viren ein. Die Sequenzdaten werden in der GISAID-Datenbank hinterlegt. Die von der AGI erhobenen Daten werden über das europäische Meldesystem TESSy an das ECDC und an die WHO (GISRS, Global Influenza Surveillance and Response System) weitergegeben. Das WHO-CC London erhält zudem eine Auswahl von Virusisolaten für weitere Analysen sowie die eventuelle Auswahl eines Stammes als Kandidaten für zukünftige Impfstoffe. Die Ergebnisse der virologischen Surveillance fließen somit direkt in den internationalen Datenpool ein, auf dessen Basis die WHO ihre Impfstoffempfehlungen für Nord- und Südhalbkugel formuliert. Genomdaten von SARS-CoV-2 werden ebenfalls in der GISAID-Datenbank hinterlegt.

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