Molekulare Bildgebung in der medizinischen Mikrobiologie: Translation in die klinische Anwendung

Abstract

Im Rahmen dieser Habilitationsarbeit wurden mikrobielle Infektionen durch molekulare Bildgebung (Fluoreszenz in situ Hybridisierung in Kombination mit PCR und Sequenzierung – FISHseq) erforscht. Bei FISHseq handelt es sich um eine mikroskopische Methode, die die Vorteile von Molekularbiologie, Pathologie und Mikrobiologie miteinander vereint. Mit Hilfe von FISHseq gelingt der Nachweis auch von schwer-kultivierbaren oder Biofilm-assoziierten Erregern, die mit den Routine-Methoden verpasst würden. Darüber hinaus kann FISHseq durch die Bildgebung die Einordnung zweifelhafter diagnostischer Ergebnisse erleichtern: einerseits die Interpretation von seltenen, und daher fraglichen Erregern, andererseits aber auch die Relevanz von Spezies der Standortflora, die ebenfalls schwer einzuschätzen sein kann. Zudem können bildgebende Verfahren das Verständnis pathogener Prozesse verbessern und neue diagnostische Ansätze ermöglichen. FISHseq ermöglicht Aussagen nicht nur zur Identität der Pathogene in einer klinischen Probe, sondern auch zu deren Lokalisation, Formation (Biofilm-Staging), sowie zum Aktivitätszustand der Mikroorganismen basierend auf deren Ribosomengehalt. Von einer reinen Forschungsanwendung gelang die Translation der Anwendung der Methode in den klinisch-diagnostischen Routineeinsatz bei bestimmten Fragestellungen. Bei der Infektiösen Endokarditis ist FISHseq seit 2023 Teil der diagnostischen ISCVID Duke Kriterien und der ESC Guidelines für das Management der Infektiösen Endokarditis. Die Methode kann zudem nun überall dort, wo die üblichen mikrobiologischen Nachweisverfahren versagen, in der klinischen Mikrobiologie eingesetzt werden, um so eine bessere Patientenversorgung zu ermöglichen.

The work presented here describes the investigation of microbial infections using molecular imaging (fluorescence in situ hybridization combined with PCR and sequencing – FISHseq). FISHseq is a microscopic method that combines the advantages of molecular biology, pathology, and microbiology. FISHseq enables the detection of pathogens that are difficult to culture or biofilm-associated, which would be missed using routine methods. Furthermore, FISHseq imaging can facilitate the interpretation of unclear microbiological diagnostic results: rare pathogens or the relevance of species of the resident flora, which can also be difficult to assess. In addition, imaging techniques can improve the understanding of pathogenic processes and enable new diagnostic approaches. FISHseq allows statements not only regarding the identity of pathogens in a clinical sample, but also regarding their localization, formation (biofilm staging), and activity status of the microorganisms based on their ribosome content. From a research-oriented application, the method has been translated into routine clinical diagnostic use for specific questions. In the case of infective endocarditis, FISHseq has been included into the 2023 ISCVID Duke criteria and the 2023 ESC Guidelines for the management of infective endocarditis. The method can now also be used in clinical microbiology wherever standard microbiological detection methods are insufficient, thus enabling better patient care.