Über unsFortschritt durch Zusammenarbeit: Bestimmung des Corynebacterium diphtheriae-Artenkomplexes mit MALDI-TOF MS
Ein Beitrag aus dem Konsiliarlabor für Corynebacterium pseudotuberculosis (DVG) am CVUA Stuttgart und fünf weiteren Institutionen aus Deutschland und Belgien.
Dr. Jörg Rau (CVUA Stuttgart), Tobias Eisenberg (LHL Giessen)
Mithilfe der MALDI-TOF-Massenspektrometrie und einer neu ergänzten Datenbank lassen sich nun alle Arten des Corynebacterium diphtheriae-Artenkomplexes gemäß der aktuellen Taxonomie präzise identifizieren. Dies ermöglicht eine zielgerichtete Behandlung von Tieren und Menschen und die verbesserte Bewältigung neuer epidemiologischer und zoonotischer Herausforderungen.
Unsere mehrjährige Erfahrung in der Identifizierenden Spektroskopie konnten wir bei einer dreitägigen Schulung mit elf Teilnehmenden aus der amtlichen Überwachung sowie aus Firmen und Privatlaboren teilen.
Bakterien des Corynebacterium (C.) diphtheriae-Artenkomplexes (CdSC) sind relevante Krankheitserreger für Mensch und Tier. Neben Corynebacterium diphtheriae, dem gefürchteten Auslöser der Diphtherie des Menschen, werden weitere nahverwandte und ebenfalls pathogene Arten dem CdSC zugerechnet: C. pseudotuberculosis, C. ulcerans, und seit 2018 zusätzlich C. belfantii, C. silvaticum, C. ramonii, und C. rouxii. Zoonotische Übertragungen vom Tier auf den Menschen sind bei den meisten dieser Spezies bereits nachgewiesen.
Aufgrund der nahen Verwandtschaft ist die bakteriologische Identifizierung der nun sieben Arten des CdSC herausfordernd. Dies gilt auch für die weit verbreitete MALDI-TOF-Massenspektrometrie (MS). Für eine präzise Artbestimmung nach der gültigen Taxonomie ist bei dieser Technik eine aktuelle und detaillierte Datenbank notwendig. In dem von uns und vielen anderen Laboratorien genutzten Bruker MALDI-Biotyper (MBT) System fehlen allerdings die vier neueren Arten in der Referenzdatenbank.
Graphical Abstract
Auf Initiative und unter Leitung des CVUA Stuttgart haben wir in einer gemeinsamen Studie nun diese diagnostische Lücke geschlossen und die Identifizierung auch der seit 2018 beschriebenen Arten erreicht. Neben dem CVUA Stuttgart mit dem Konsiliarlabor für C. pseudotuberculosis (DVG) waren das Konsiliarlabor für Diphtherie am Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit in Oberschleißheim (LGL), der Landesbetrieb Hessisches Landeslabor (LHL) in Gießen sowie das Landeslabor Berlin-Brandenburg in Frankfurt (Oder) beteiligt. Ergänzt wurde unser Team durch das Institut für Hygiene und Infektionskrankheiten der Tiere (IHIT) der Justus-Liebig-Universität Gießen und dem Wildlife Health Ghent, Fakultät der Veterinärmedizin der belgischen Universität Ghent, Merelbeke.
Die um 33 Datenbankspektren ergänzte MALDI-Datenbank wurde in dem Projekt mit über 300 Bakterienisolaten aus der CdSC und über 1250 Isolaten anderer Mikroorganismen umfangreich validiert. Dabei gelten die formellen strengen Anforderungen der Leitlinien für Speziesidentifizierungen mit MALDI-TOF MS im Einzellabor, veröffentlicht vom Bundesamt für Lebensmittelsicherheit [Rau et al., 2022]. Wir freuen uns, dass unsere umfangreiche Arbeit nun im Journal of Clinical Microbiology mit freiem Zugang veröffentlicht wurde [Rau et al., 2026].
Die ertüchtigte Methode konnte bereits zur Unterstützung einer klinischen Studie in Baden-Württemberg genutzt werden, in der unter anderen das Vorkommen von Diphtherie in Wundinfektionen des Menschen im Fokus standen [Walter, Lück et al., 2026].
Die Bestimmung von Bakterien nach der aktuellen Taxonomie ist die Grundlage für die medizinische und veterinärmedizinische Behandlung von Infektionen, für die Risikobewertung sowie für vorbeugende Maßnahmen, wie etwa Impfprogramme. Die schnelle Integration taxonomisch relevanter Änderungen in gängige Identifizierungsmethoden ist daher sehr wichtig. Am Beispiel des CdSC demonstrieren wir, wie sich durch Anpassung und Erweiterung einer kommerziellen Datenbank mit eigenen, sowie ausgetauschten Referenz-Mustern eine schnelle Verbesserung der Diagnostik erzielen lässt. Dazu nutzen wir den weltweit frei zugänglichen MALDI-UP-Katalog – eines unserer wichtigsten Werkzeuge zur Zusammenarbeit und zum Austausch der Arbeitsergebnisse. Dadurch tragen wir wirksam zur Gesundheit von Menschen und Tieren bei.
Quellen
Rau J, Dolch LJ, Eisenberg T, Erhard M, Fuchs J, Gödecke P, Hilgarth M, Huber I, Huschek G, Neumann N, Mailänder M, Pavlovic M, Stahl A, Wind C, Wittmann C, Becker R. 2022. Guidelines for validating species identifications using matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) in a single laboratory or in laboratory networks. 28 Oct 2022.
Rau J, Berger A, Dangel A, Dyk M, Eisenberg T, Hiller E, Hoffmann C, Kutzer P, Martel A, Sing A, Sting R. 2026. Up-to-date MALDI-TOF MS-based identification of the Corynebacterium diphtheriae species complex for improved diagnostics. Journal of Clinical Microbiology 0:e01324-25.
Walter B, Lück K, Adam M, Winter B, Krauze P, Rau J, Knab N, Kühn A, Welker A, Aichinger E, Brockmann S. 2026. Prevalence of diphtheria and antimicrobial-resistant wound infections among asylum seekers in Heidelberg, Germany, August–October 2024. PLoS One 21(6): e0350513.