Integrierte Genomische Surveillance von HIV (IGS-HIV)

Leitung: Dr. Kirsten Hanke und Dr. Karolin Meixenberger

Aufgaben

Im Frühjahr 2023 wurde die Molekulare Surveillance von HIV (MolSurv-HIV) in Integrierte Genomische Surveillance von HIV (IGS-HIV) umbenannt. Die Integrierte Genomische Surveillance der HIV-Neudiagnosen versteht sich als wichtiger Teil des nationalen Programms zur Beobachtung der deutsche HIV-Epidemie. Im Rahmen der IGS-HIV werden HIV-Sequenzen gewonnen, um das aktuelle HIV-Infektionsgeschehen molekular-epidemiologisch zu analysieren.

Die wesentlichen Studienziele sind dabei

• die kontinuierliche Analyse der auftretenden HIV-Primärresistenzen,
• das Monitoring der zirkulierenden HIV-Varianten,
• die Identifizierung und Charakterisierung von Transmissionsnetzwerken,
• sowie die Erkennung, Untersuchung und Bewertung von regionalen und überregionalen HIV-Ausbrüchen.

Hierzu wird das Probenmaterial der InzSurv-HIV Studie [mehr] genutzt, wodurch derzeit von ca. 60% aller HIV-Neudiagnosen Serum oder Plasma zur Analyse zur Verfügung steht. In einem automatisierten Verfahren werden die virale RNA isoliert und verschiedene HIV-Genomregionen mittels RT-PCR amplifiziert. Insgesamt werden vier Amplikons generiert, die drei Enzyme der pol-Genomregion (Protease, Reverse Transkriptase, Integrase) und das Hüllprotein umfassen. Diese Genomregionen decken die derzeit relevanten Positionen für die genotypische Resistenz- und Tropismusbestimmung ab. Die Sequenzierung der Amplikons erfolgt mittels Illumina-basierten Next Generation Sequencing (NGS)-Verfahren.

Kontinuierliche Analyse der auftretenden HIV-Primärresistenzen

Wenn eine neue HIV-Infektion mit einem Virus erfolgt, welches eine Resistenz gegen die antiretrovirale Therapie (ART) aufweist, spricht man von einer HIV-Primärresistenz oder TDR (transmitted drug resistance). Die Resistenzmutationen haben sich in diesem Fall vor der Infektion gebildet und das resistente Virus wurde weiter übertragen. Durch die Resistenzmutationen können einzelne Wirkstoffe oder ganze Wirkstoffklassen in ihrer Wirksamkeit beeinträchtigt sein. Die Auswahl an Wirkstoffen für die antiretrovirale Initialtherapie der neu infizierten Person kann dadurch eingeschränkt sein. Die Identifikation und Interpretation der Resistenzmutationen in der HIV-Sequenz erfolgt mit Webtools (z.B. Stanford HIVdb Genotypic Resistance Interpretation Algorithm, HIV-GRADE Algorithmus). Stetig werden neue Wirkstoffklassen und neue Medikamente in etablierten Wirkstoffklassen für die ART oder für die Prä-Expositions-Prophylaxe (PrEP) entwickelt und zugelassen. Dadurch bleibt die Beobachtung von möglichen neu auftretenden Resistenzprofile eine wichtige Aufgabe, um diese in Resistenzalgorithmen und Therapieleitlinien berücksichtigen zu können. Aufgrund dieser hohen Public-Health-Relevanz der HIV-Primärresistenz ist die kontinuierliche Beobachtung der Entstehung und Übertragung von resistenten HIV in Deutschland eine Amtsaufgabe des RKI und auch Bestandteil der „Strategie zur Eindämmung von HIV, Hepatitis B und C und anderen sexuell übertragbaren Infektionen“ des Bundesministeriums für Gesundheit (BMG). Die Ergebnisse der Resistenzanalysen werden jährlich an das Europäische Zentrum für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten (ECDC) der Weltgesundheitsorganisation (WHO) berichtet.

Monitoring der zirkulierenden HIV-Varianten

Das Monitoring der zirkulierenden HIV-Varianten beschränkt sich in der IGS-HIV im Wesentlichen auf die Bestimmung des Subtyps der HIV-1 Gruppe M-Infektionen, da Infektionen mit anderen HIV-1 Gruppen und HIV-2 in Deutschland sehr selten sind. Die Subtypbestimmung erfolgt in der Regel mit Webtools (z.B. REGA HIV-1 Subtyping Tool, COMET HIV-1 Tool, Geno2Pheno Subtyping Tool). Ist die Zuordnung nicht eindeutig, wird eine phylogenetische Analyse mit Referenzsequenzen durchgeführt. Die HIV-Epidemien werden in verschiedenen Regionen der Welt durch unterschiedliche Subtypen und rekombinante Formen dominiert, sodass das Monitoring der HIV-Diversität wichtige Hinweise auf Infektionsdynamiken und die endemische Verbreitung bestimmter Virusvarianten in Deutschland gibt. Darüber hinaus zeigen einige HIV-Subtypen aufgrund natürlicher Polymorphismen eine eingeschränkte Empfindlichkeit gegenüber bestimmten antiretroviralen Wirkstoffen und es gibt Berichte über subtypspezifische Eigenschaften hinsichtlich Transmission oder Pathogenese in bestimmten Populationen oder Risikogruppen. Die kontinuierliche Beobachtung der HIV-Diversität ist daher für die Abstimmung von Diagnostik- und Therapieleitlinien von hoher Bedeutung.

Identifizierung und Charakterisierung von Transmissionsnetzwerken

Die Rekonstruktion von zusammenhängenden Transmissionsereignissen führt zu einem tieferen Verständnis der HIV-Epidemie und ihrer Dynamik. Die gewonnenen Erkenntnisse helfen dabei, zukünftig zielgerichtete Präventionsmaßnahmen zu empfehlen oder bereits erfolgte Maßnahmen zu evaluieren. Die identifizierten HIV-Transmissionsketten und -Cluster werden in der Regel anhand der genetischen Distanz der analysierten Sequenzen und dem statistischen Support für die Verzweigungen (Bootstrap- und Posterior-Werte) postuliert. Die Ergebnisse werden als Baumstruktur dargestellt. Die phylogenetischen Analysen erfolgen sowohl mit Maximum Likelihood-Verfahren als auch durch Methoden der Bayes-Statistik. Letztere ermöglichen beispielsweise die Verknüpfung von Sequenzdaten mit epidemiologischen Daten, was wiederum die Berechnung von Reproduktionszahlen (Re) ermöglicht, mit deren Hilfe die Verbreitungsdynamik in definierten Risikogruppen bemessen werden kann. Darüber hinaus lässt sich mit Hilfe der Bayes-Analysen die zeitliche und phylogeographische Dynamik der HIV-Epidemie darstellen.

Erkennung, Untersuchung und Bewertung von HIV-Ausbrüchen

Als HIV-Ausbrüche oder Sub-Epidemien werden hochfrequente Transmissionen mit meist einer einzigen Virusvariante bezeichnet, die daher in phylogenetischen Analysen als distinkte, sehr kompakte Cluster auffallen. Nach Erkennen eines Ausbruchsgeschehens werden die zuständigen Public Health Akteure informiert, damit mögliche Maßnahmen eingeleitet werden können. Zu diesen können z.B. niedrigschwellige Test- und Beratungsangebote oder Interventionen, wie die verstärkte Bereitstellung von Kondomen oder sterilen Injektionsmaterialien, zählen.

Hinweise für Einsender der InzSurv-HIV & IGS-HIV

Um unseren im Infektionsschutzgesetz formulierten Auftrag bestmöglich zu erfüllen, setzen wir moderne molekulare Verfahren ein. Virale RNA wird aus Serum/Plasma isoliert und anschließend amplifiziert und sequenziert. Dabei verarbeiten wir sowohl reguläre Serum-/Plasmaproben als auch Filterkarten, auf die Serum oder Plasma getropft wurden (DSS/DPS). Bei Letzteren erweist sich die höhere Fragmentierung und Degradation der viralen RNA zunehmend als problematisch. Wir führen deshalb seit dem 01. Juli 2020 sukzessive den Umstieg von Filterkarten auf das Einsenden regulärer Serum- oder Plasmaproben durch.

Für eine erfolgreiche HIV-Sequenzierung benötigen wir mindestens 500 µl Serum/Plasma und das Probenmaterial sollte so wenig wie möglich durch Lagerung oder Einfrier-Auftau-Zyklen geschädigt sein.

Im Verlauf einer Pilotphase hat sich gezeigt, dass ein wöchentlicher bzw. anlassbezogener direkter Versand per Post für viele Einsender logistisch vorteilhaft ist.

Falls Sie Interesse an einem Umstieg von DSS/DPS auf Serum/Plasma haben oder bisher keine Proben an das RKI gesendet haben, uns aber gern zukünftig Proben zukommen lassen wollen, können Sie sich gerne an uns wenden.

Eine Kurzanleitung für den Versand von Serum-/Plasmaproben mit der Post finden Sie hier:

• Kurzanleitung für den Versand von Serum-/Plasmaproben für die Integrierte Genomische Surveillance von HIV-Neudiagnosen (PDF, 311 KB, Datei ist nicht barrierefrei)

Das Versandmaterial für Serum- / Plasmaproben erhalten Sie kostenfrei von uns. Auch der Probentransport per Kurier oder mit der Post ist für Sie kostenfrei.

Kontaktdaten

Versandmanagement

Sabrina Neumann
Telefon +49 (0)30-18754-2243
Fax: +49 (0)30-18754-2605
E-Mail: Molsurv-HIV [at] rki.de

Studienleitung InzSurv-HIV & IGS-HIV

Dr. Kirsten Hanke
Telefon +49 (0)30-18754-2639
Fax: +49 (0)30-18754-2605
E-Mail: Molsurv-HIV [at] rki.de

Dr. Karolin Meixenberger
Telefon +49 (0)30-18754-2277
Fax: +49 (0)30-18754-2605
E-Mail: Molsurv-HIV [at] rki.de

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