dc.contributor.author
Hauser, Andrea
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:21:34Z
dc.date.available
2012-11-07T11:28:51.609Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/11815
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-16013
dc.description.abstract
Subsahara-Afrika ist die weltweit am stärksten betroffene Region von HIV/AIDS.
Im Jahr 2010 entfielen ca. 68% aller HIV-Infektionen und 90% der HIV-
Neuinfektionen bei Kindern (<15 Jahre) auf diese Region. Nahezu alle
Infektionen von Kindern sind die Folge einer HIV-Übertragung von der Mutter
auf das Kind (vertikale Transmission). Zur Prävention der Mutter-Kind-
Übertragung von HIV werden in Subsahara-Afrika seit 2001 antiretrovirale
Regime eingesetzt, die auf Empfehlungen der WHO basieren. Eine Nevirapin (NVP)
- Einmaldosis für die HIV-positive Schwangere und das Neugeborene zur Geburt
stellten für viele Jahre die antiretrovirale Standardprophylaxe in den meisten
Ländern Subsahara-Afrikas dar. Zur effektiveren Reduktion der HIV-Transmission
aktualisierte die WHO 2006 ihre Empfehlungen zugunsten eines antiretroviralen
Dreifachregimes. Dieses bestand für die Mutter aus Zidovudin (AZT) ab der 28.
Schwangerschaftswoche, einer NVP-Einmaldosis zur Entbindung sowie AZT und
Lamivudin (3TC) für sieben weitere Tage und sah für das Neugeborene eine NVP-
Einmaldosis zur Geburt mit siebentägiger postnataler AZT-Ergänzung vor. Die
zeitlich begrenzte Einnahme solcher Regime birgt jedoch die Gefahr der
Resistenzentstehung insbesondere dann, wenn lange Halbwertszeiten der
Medikamente zu suboptimalen Wirkstoffspiegeln im Blut führen. Sowohl dies als
auch der Einsatz nur eines Medikaments führen zu einem Selektionsdruck auf die
replizierende Viruspopulation und resultieren, in Verbindung mit einer
geringen genetischen Resistenzbarriere, in einer sehr raschen Entstehung
resistenter Virusvarianten. Resistenzen können wiederum zukünftige
Behandlungsoptionen für die HIV-positiven Mütter und deren vertikal infizierte
Kinder einschränken. Die Kenntnis um das Ausmaß der Resistenzentstehung nach
antiretroviralen Prophylaxeregimes ist daher in Ländern ohne Zugang zur
genotypischen Resistenzbestimmung von großer Bedeutung für den Erfolg einer
später notwendigen antiretroviralen Langzeittherapie. Da die Resistenzen oft
nur in geringen Anteilen in der viralen Quasispezies des HIV-Infizierten
vorkommen (minoritäre Varianten), werden sie mit der routinemäßig
durchgeführten genotypischen Resistenzbestimmung (Sanger-Sequenzierung der
Populationssequenz; Detektionslimit ca. 20%) methodenbedingt nicht erfasst.
Daten zur Entstehung von minoritären Resistenzen in Anteilen <20% nach NVP-
Einmaldosis liegen nur begrenzt vor und fehlen für das antiretrovirale
Prophylaxeregime mit AZT, 3TC und NVP nach 2006 WHO-Empfehlungen. In den
vorliegenden Einzelarbeiten wurden daher resistente Viruspopulationen
inklusive minoritärer Varianten in Plasma- und/oder Brustmilchproben von 39
HIV-positiven Müttern und deren vertikal infizierte Kinder nach einer NVP-
Einmaldosis (Studienkollektiv: West-Uganda 2003-2005) bzw. in Plasma- und/oder
Buffycoat-Proben von 50 Mutter-Kind-Paaren nach Dreifachregime
(Studienkollektiv: Südwest-Tansania 2008-2009) untersucht. Hierzu wurden
hochsensitive Allel-spezifische PCR (ASPCR) Assays für die in Uganda und
Tansania prävalenten HIV-Subtypen A und D bzw. A, C und D und die
regimebedingt am häufigsten zu erwartenden Resistenzmutationen in der Reversen
Transkriptase (RT) etabliert. Zusätzlich wurden 13 ASPCR-voranalysierte Proben
mit einer amplikonbasierten ultra-sensitiven Sequenzierungsmethode (UDS) auf
das Vorliegen weiterer minoritärer Resistenzmutationen in der viralen RT
getestet. Ziele der Promotionsarbeit waren die Eignung der beiden Methoden zum
sensitiven Resistenznachweis und auch die beiden antiretroviralen
Medikamentenregime unter dem Aspekt der Resistenzentwicklung zu bewerten.
Beide Methoden, ASPCR und UDS, ermöglichten den Nachweis von resistenten HIV-
Varianten in Anteilen kleiner als 1%. In der Amplikon-Generierung als der
wesentliche initiale Schritt beider Methoden war die ASPCR 30mal sensitiver
als die UDS (650 versus 20.000 Kopien/ml). Die ASPCR war daher die bevorzugte
Methode zur sensitiven Resistenztestung von Proben der Studienkollektive mit
niedrigen Viruslasten. Ein Vergleich der ASPCR-Ergebnisse zeigte, dass sowohl
die NVP-Einmaldosis als auch das Dreifachregime mit AZT, 3TC und NVP häufig
zur Entstehung resistenter Virusvarianten führten (62% bzw. 40%). Bei jeweils
der Hälfte der Frauen lagen diese als minoritäre Virusvarianten in Anteilen
<5% im Plasma vor. Während nach Einnahme des Dreifachregimes die
Entstehungshäufigkeit von NVP-Resistenzen geringer war als nach einer NVP-
Einmaldosis allein (62% versus 18%), entstand jedoch bereits bei einer
durchschnittlichen pränatalen AZT-Einnahme über 7,5 Wochen ein erheblicher
Anteil an AZT-resistenten Virusvarianten (22%). Die HIV-Übertragungsraten
waren in beiden Studienkollektiven vergleichbar und mit 9,3% (NVP-Einmaldosis)
und 14,3% (Dreifachregime) sehr hoch. Bei jeweils knapp der Hälfte der
vertikal infizierten Kinder wurden ebenfalls resistente HIV-Varianten
identifiziert; eine vertikale Transmission resistenter HIV konnte jedoch nicht
nachgewiesen werden. Das Vorliegen von resistenten Viren im mütterlichen
Plasma noch 18 Monate nach der NVP-Einmaldosis und in proviraler DNA
mütterlicher Blutzellen nach Einnahme des Dreifachregimes weist auf die
Persistenz von Resistenzmutationen über mehrere Monate hin. Diese könnten den
Erfolg von Therapien, die innerhalb des ersten Jahres nach
Transmissionsprophylaxe begonnen werden, einschränken. Während die Entstehung
monoresistenter Viren nach NPV-Einmaldosis die Medikamentenoptionen für NNRTI-
haltige Therapien limitiert, könnten AZT/NVP-selektierte Resistenzmutationen
nach einem Dreifachregime anschließende Therapieoptionen durch den Ausschluss
von mehreren Medikamenten der NNRTI- und NRTI-Klasse drastisch einschränken.
Zur effektiveren Reduktion der vertikalen Transmission und der
Resistenzentstehung sollten daher schwangere HIV-positive Frauen
antiretrovirale Medikamente nur als Kombinationstherapie (cART) mindestens für
die Dauer der Schwangerschaft und Stillzeit erhalten.
de
dc.description.abstract
Sub-Saharan Africa represents the most heavily HIV-affected region worldwide.
In 2010 this region accounted for approximately 68% of all HIV-infections and
90% of new HIV infections in children (<15 years). Almost all HIV infections
in children are the result of mother-to-child transmission (vertical
transmission). Antiretroviral regimens based on WHO recommendations have been
implemented in Sub-Saharan Africa since 2001 to prevent the mother-to-child
transmission of HIV. A single-dose (SD) of nevirapine (NVP) for the HIV-
positive pregnant women and their newborn children at birth has been the
standard regimen in most Sub-Sahara African countries for many years. In order
to more effectively reduce HIV transmission, the WHO recommendations were
updated in 2006 in favor of a triple antiretroviral regimen. This regimen
consists, for the mother, of zidovudine (AZT) starting at the 28th week of
pregnancy, NVP-SD during labor and AZT plus lamivudine (3TC) at birth and for
seven days thereafter. The child receives NVP-SD at birth and AZT for seven
days. However, the temporary nature of such regimes poses the risk of
resistance development, particularly if the long half-lives of drugs results
in suboptimal levels in the blood. Both this and the use of only a single drug
lead to a selective pressure on the replicating virus population and, in
combination with a low genetic barrier to development of drug resistance,
result in the rapid emergence of resistant viral variants. Resistance may
negatively impact future treatment options for HIV-positive mothers and their
vertically infected children. Knowledge of the scope of resistance development
after antiretroviral prophylaxis in countries without access to genotypic
resistance testing is therefore of great importance for the success of a
subsequent long-term therapy. Resistance mutations are frequently present in
the viral quasispecies of HIV-infected patients at only low proportions (minor
variants) and are not detectible by routine genotypic resistance testing
(Sanger sequencing of population sequence, detection limit approximately 20%).
Data is limited regarding the emergence of resistance in proportions under 20%
after NVP-SD and is lacking for the antiretroviral regimen using AZT, 3TC and
NVP recommended by the WHO in 2006. To address this, the sub-studies presented
here investigated in detail the emergence of resistant virus variants,
including minor variants, in the plasma and/or breast milk of 39 HIV-positive
mothers and their vertically infected children after exposure to the NVP-SD
(study cohort: Western Uganda 2003-2005) or in the plasma and/or buffy coats
of 50 mother-child pairs after triple antiretroviral prophylaxis (study
cohort: Southwest Tanzania, 2008-2009). A highly sensitive allele-specific PCR
(ASPCR) specific for the most prevalent subtypes A and D in Uganda or A, C and
D in Tanzania and for the most common regimen-selected resistance mutations in
the reverse transcriptase (RT) was established for the analysis. In addition,
13 samples pre-analysed by ASPCR were tested in parallel with an amplicon-
based ultra-deep sequencing method (UDS) for the presence of further minor
resistance mutations within the viral RT. The aim of this dissertation was to
assess the suitability of the two sensitive detection methods and of the
antiretroviral prophylaxis regimen in terms of resistance development. Both
methods, ASPCR and UDS, enabled the detection of resistant HIV-variants at
proportions under 1%. ASPCR was found to be 30 times more sensitive than the
UDS (650 versus 20,000 copies/ml) in amplicon generation, an essential initial
step for both methods and was therefore the preferred method for the sensitive
resistance testing of study samples with low viral loads. A comparison of
ASPCR results demonstrated that the NVP-SD as well as the triple regimen with
AZT, 3TC and NVP frequently selected for resistant viral variants (62% versus
40% respectively). Resistant plasma virus variants were present as minorities
at proportions under 5% in half of the women from both study cohorts. While
the development of NVP-resistance was reduced after triple prophylaxis
compared to the NVP-SD alone (from 62% to 18%), a high proportion of
additional AZT-resistance mutations emerged after a median 7.5 weeks of
prepartal AZT treatment (22%). The transmission rates were comparable and very
high in both study cohorts (9.3% for NVP-SD and 14.3% for the triple regimen).
Both regimens selected for resistant virus in almost half of the vertically
infected children, although vertical transmission of resistant virus could not
be demonstrated. The presence of resistance mutations in maternal plasma-virus
for 18 months after NVP-SD and in the proviral DNA of the maternal host cells
after treatment with the triple regimen demonstrates the persistence of
resistant mutations that might impact the success of a “first line” therapy if
initiated within the first year after antiretroviral transmission prophylaxis.
While the presence of mono-resistant viruses after NVP-SD may limit the
options of first-line therapies using NNRTIs, the AZT/NVP-resistance mutation
selected by the triple regimen could drastically reduce subsequent treatment
options by excluding several NNRTIs and NRTIs. Therefore, to reduce vertical
transmission and the development of resistance, a combination of
antiretroviral drugs (cART) should be offered to all pregnant HIV-infected
women at least for the duration of pregnancy and breast-feeding.
en
dc.format.extent
Getr. Zählung
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Minor drug-resistant HIV-1 variants
dc.subject
Antiretroviral Prophylaxis
dc.subject
Allele-specific real-time PCR
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
HIV-1 Resistenzentwicklung nach Einsatz antiretroviraler Medikamentenregime
zur Prävention der Mutter-Kind-Übertragung von HIV in Uganda und Tansania
dc.contributor.firstReferee
Frau Prof. Dr. Gundel Harms-Zwingenberger
dc.contributor.furtherReferee
Herr Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.date.accepted
2012-09-17
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000039686-5
dc.title.translated
HIV-1 resistance development after the intake of antiretroviral drug regimens
to prevent mother-to-child transmission of HIV in Uganda and Tanzania
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
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FUDISS_thesis_000000039686
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