In 2015, all UN member states committed to ending epidemics of neglected tropical diseases (NTDs) by the year 2030. Infections caused by the tapeworm Taenia solium are one such NTD, leading to epilepsy, blindness, and death in over 57 countries worldwide. The most important driver for the regional spread of Taenia solium are microscopic tapeworm eggs excreted in the stool of infected individuals. Ingestion of these eggs by humans can lead to a manifestation of Taenia solium in the brain, muscles, skin, eyes and other organs. With One Health programs, validated approaches are available that combine existing drugs, vaccines, and educational interventions to reduce Taenia solium transmissions regionally. Nevertheless, epidemiologists forecast that Taenia solium infections will be controlled in only 27% of affected countries by the year 2030. One reason for this slow progress is the challenge of identifying regions with a high prevalence of Taenia solium: Existing diagnostic methods for detecting Taenia solium infections have limited scalability, are time-consuming, and are difficult to implement on a large scale without research centers specialized in Taenia solium. Here, I report a workflow that builds on stool microscopy, which is available worldwide for the detection of intestinal tapeworm infections, but does not distinguish between Taenia solium and other, less invasive, Taenia spp. My "single-egg" next generation sequencing (NGS) approach overcomes this practical hurdle. Linking a sample preparation designed for laboratories with minimal infrastructure to existing sequencing centers using "mail-order sequencing" makes my approach cost-effective and scalable. I provide a step-by-step protocol for analyzing sequencing data on a notebook computer and describe a statistical approach for calculating the sample size of future studies. The toolbox described in this thesis enables all stakeholders, regardless of their diagnostic skills and budget, to study Taenia solium infections. Thus, government hospitals, non-governmental organizations, and other organizations with an interest in (i) determining the regional burden of Taenia solium and (ii) initiating One Health programs with numerous positive regional effects can participate in data collection and accelerate the fight against this NTD.
Im Jahr 2015 verpflichteten sich alle UN-Mitgliedsstaaten, das epidemische Vorkommen vernachlässigter Tropenkrankheiten (Neglected Tropical Diseases, NTDs) bis zum Jahr 2030 zu beenden. Infektionen durch den Bandwurm Taenia solium sind eine solche NTD, die in über 57 Ländern weltweit zu Epilepsie, Blindheit und Tod führt. Wichtigster Treiber für die regionale Verbreitung von Taenia solium sind mikroskopisch kleine Bandwurmeier, deren Ausscheidung mit dem Stuhl infizierter Menschen erfolgt. Deren orale Aufnahme durch Menschen kann zu einer Manifestation von Taenia solium in Gehirn, Muskeln, Haut, Augen und anderen Organen führen. Mit One-Health-Programmen stehen validierte Ansätze zur Verfügung, die bestehende Medikamente, Impfstoffe und Bildende Maßnahmen verbinden, um Übertragungen von Taenia solium regional zu reduzieren. Dennoch gehen Epidemiologen davon aus, dass Taenia solium Infektionen bis zum Jahr 2030 in nur 27% der betroffenen Länder unter Kontrolle gebracht werden können. Ein Grund für diesen langsamen Fortschritt sind Herausforderungen bei der Identifikation von Regionen mit einer hohen Taenia solium Prävalenz: Vorhandene diagnostischen Methoden zum Nachweis von Taenia solium Infektionen sind nur begrenzt skalierbar, zeitlich sehr aufwändig und ohne auf Taenia solium spezialisierte Forschungszentren kaum flächendeckend realisierbar. Hier beschreibe ich einen Arbeitsablauf, der methodisch auf der Stuhlmikroskopie aufbaut, die weltweit für den Nachweis intestinaler Infektionen durch Bandwürmer zur Verfügung steht, jedoch nicht zwischen Taenia solium und anderen, weniger invasiven, Taenia spp. unterscheidet. Mein "Single-Egg“ Next Generation Sequencing (NGS) Ansatz überwindet diese praktische Hürde und ist durch die Verknüpfung einer einfachen Probenvorbereitung mit dem Ver-sand an bestehende Sequenzierungszentren ("mail-order sequencing") kosteneffizient und skalierbar. Ich stelle ein Protokoll zu Verfügung, welches die die schrittweise Analyse von Sequenzierungsdaten auf einem Laptop beschreibt und beschreibe einen statistischen Ansatz zur Berechnung des Stichprobenumfangs für zukünftige auf meinem Arbeitsablauf aufbauende Studien. Das in dieser Dissertation dargestellte methodische Instrumentarium ermöglicht es allen Stakeholdern, unabhängig von ihren diagnostischen Fähigkeiten und ihrem Budget, Taenia solium Infektionen zu untersuchen. So können staatliche Krankenhäuser, Nichtregierungs-organisationen und andere Organisationen, die ein Interesse daran haben, (i) die regionale Belastung durch Taenia solium zu bestimmen und (ii) One-Health-Programme mit zahlreichen positiven Auswirkungen auf die lokale Bevölkerung zu initiieren, an der Datenerhebung teilnehmen und den Kampf gegen diese NTD be-schleunigen.
