dc.contributor.author
Taye, Tesfaye Gelanew
dc.date.accessioned
2018-06-07T19:02:05Z
dc.date.available
2011-10-27T09:48:01.822Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5685
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9884
dc.description.abstract
Visceral leishmaniasis (VL) is a systemic disease caused by parasites of the
Leishmania donovani complex and fatal if left untreated. In East Africa,
Ethiopia is the second most affected country next to Sudan. Despite knowledge
of the molecular epidemiology and population genetics of the etiologic agents
of the VL is crucial for better understanding the dynamics of the disease as
well as for implementing effective control measures little is known about the
population structure of Ethiopian L. donovani. Whether the occurrence of VL
epidemic outbreaks in highland areas, which were formerly considered non-
endemic for VL, was related to introduction of parasites, epidemiological
changes or a combination of both is also not yet clear. Through a very
thorough analysis of L. donovani strains from two main geographical areas in
Ethiopia: (i) northwest foci (Humera and Metema) and (ii) south foci (Konso
and Negele Borena) using 14 unlinked microsatellite markers, we found a
hierarchical genetic population structuring with considerable genetic
diversity. When compared with L. donovani strains from the neighbouring
countries Sudan and Kenya, all strains from northwest Ethiopia grouped with
strains from Sudan in one population named NE/SD whereas all strains from
south Ethiopia and Kenya were assigned to another population named SE/KE.
These two main East African L. donovani populations seem to correlate with the
geographic distribution of the two principal sand fly vector species involved
in the transmission of the parasite in East Africa. Both populations were
further subdivided into two subpopulations which in turn consisted of 2 to 3
genetic clusters. Interestingly, one of the subpopulations in the NE/SD
population contained all but three of the strains newly isolated from HIV-VL
co-infected patients. In contrast to the NE/SD population, high levels of
inbreeding were observed in the SE/KE population. Also, we detected putative
hybrids resulting from natural hybridization/recombination events among the
sympatric subpopulations in the NE/SD population. Most interestingly, almost
all of these putative hybrid strains were isolated from HIV-VL co-infected
patients. High inbreeding, implying recombination between similar and/or
closely related strains, as well as the presence of natural hybrids at intra-
species level represent strong arguments against the so far suggested strict
clonality of L. donovani parasites. In order to track the possible origins of
the parasites responsible for an outbreak of VL in the highland of Ethiopia
called Libo Kemkem, we analysed a panel of strains collected during and after
the outbreak. Molecular characterization of strains from this newly emerging
focus using highly polymorphic microsatellite markers revealed a striking
genetic heterogeneity among these strains which could be assigned to at least
three genetically distinct clusters. All but three strains from this focus
grouped together with strains from other foci of VL in northwest Ethiopia
bordering Sudan. These findings support the hypothesis that the epidemic was
related to multiple introductions of the parasite and not to the spread of a
particular virulent parasite. An alternative explanation for the remarkable
genetic variability could be that these parasites have been circulated locally
for decades without being noticed. In this case it remains, however, an enigma
why a sudden epidemic outbreak had occurred in 2004. Disseminated cutaneous
leishmaniasis (CL) caused by L. donovani in HIV/VL co-infected patients can be
associated with immuno-suppression. Such cases can easily be misdiagnosed as
diffuse CL, PKDL, PKDL/VL or lepromatous leprosy. Molecular characterization
of strains isolated from both the viscera and skin lesions using ITS1-PCR-RFLP
and MLMT, together with clinical, immunological and virological data,
demonstrated that the skin lesions in these HIV-positive VL patients were due
to dissemination of the viscerotropic L. donovani parasites as a consequence
of the severe immuno-suppression. On the other hand, a case of PKDL/VL was
diagnosed six months after ART commencement in a VL/HIV co-infected patient
with stage IV disease as a consequence of immune restoration. Further studies
using a combination of clinical, virological and molecular methods are
required for a better management of HIV co-infected patients showing different
clinical symptoms.
de
dc.description.abstract
Die viszerale Leishmaniose (VL) ist eine systemische Erkrankung, die durch
Parasiten des Leishmania donovani Komplex hervorgerufen wird und unbehandelt
tödlich verlaufen kann. Äthiopien ist in Ostafrika am zweithäufigsten, nach
dem Sudan, betroffen. Obwohl Kenntnisse über die molekulare Epidemiologie und
die Populationsgenetik des Erregers der VL essentiell für ein besseres
Verständnis der Dynamik der Erkrankung und für die Implementierung effektiver
Kontrollmaßnahmen sind, ist bisher wenig über die Populationsstrukturen von L.
donovani in Äthiopien bekannt. Auch ob ein epidemischer Ausbruch in einem der
Hochlandgebiete, die bisher als nicht endemisch für VL angesehen wurden, auf
den Import von Parasiten, epidemiologische Veränderungen oder eine Kombination
von beidem zurückzuführen ist, ist noch nicht klar. Mit Hilfe einer
detaillierten Analyse von 14 molekularen Markern bei L. donovani-Isolaten aus
zwei geographischen Regionen in Äthiopien, i) aus den nordwestlichen Foci
(Humera und Metema) und ii) den südlichen Foci (Konso und Negele Borena),
haben wir hierarchische Populationsstrukturen und eine bemerkenswerte
genetische Diversität von L. donovani in Äthiopien festgestellt. Bei einem
Vergleich mit L. donovani-Stämmen aus den Nachbarländern Sudan und Kenia
gruppierten alle Stämme aus Nordwest-Äthiopien mit den Stämmen aus dem Sudan
in einer Population (NE/SD), während alle Stämme aus dem Süden Äthiopiens und
aus Kenia einer anderen Population (SE/KE) zugeordnet wurden. Diese beiden
hauptsächlichen L. donovani-Populationen in Ostafrika scheinen mit der
Verbreitung der beiden prinzipiellen Vektorenarten (Sandmücken) zu
korrelieren, die an der Übertragung der Parasiten in Ostafrika beteiligt sind.
Beide Populationen lassen sich weiter in je zwei Subpopulationen aufteilen,
die wiederum aus 2 bis 3 genetischen Gruppen bestehen. Es ist interessant,
dass bis auf drei Stämme alle anderen Stämme, die von HIV-VL ko-infizierten
Patienten isoliert wurden, zu der derselben Subpopulation in der NE/SD
Population gehören. In der Population SE/KE wurde, im Gegensatz zu der
Population NE/SD, eine hohe Inzuchtrate gefunden. Wir konnten auch die
Existenz natürlicher Hybride nachweisen, die wahrscheinlich durch natürliche
Hybridsierung/Rekombination zwischen den sympatrischen Subpopulationen in der
NE/SD Population entstanden sind. Von großem Interesse ist, dass fast alle
dieser Hybridstämme von HIV-VL ko-infizierten Patienten stammen. Eine hohe
Inzuchtrate, die auf Rekombinationen zwischen ähnlichen und/oder eng
verwandten Stämmen zurückzuführen ist, sowie die Existenz natürlicher intra-
spezifischer Hybride sind deutliche Argumente gegen die bisherige Annahme
strikter Klonalität bei L. donovani-Parasiten. Um die mögliche Herkunft von
Parasiten, die für einen VL Ausbruch im Hochland von Äthiopien verantwortlich
waren, zu klären, wurde eine Reihe von Stämmen analysiert, die während oder
nach dem Ausbruch isoliert worden waren. Die molekulare Charakterisierung der
Stämme von diesem neuen Fokus mit Hilfe von hochpolymorphen
Mikrosatellitenmarkern zeigte eine überraschende genetische Heterogenität
dieser Stämme, die mindestens drei genetisch distinkten Gruppen zugeordnet
werden konnten. Mit Ausnahme von drei Stämmen gruppierten alle Stämme von
diesem Fokus mit Stämmen aus anderen Endemiegebieten für VL in Nordwest-
Äthiopien an der Grenze zum Sudan. Dieses Ergebnis unterstützt die Hypothese,
dass die Epidemie durch mehrfache Importe von Parasiten verursacht wurde und
nicht durch die Ausbreitung eines spezifischen, besonders virulenten Stamms.
Eine alternative Erklärung für die bemerkenswerte genetische Variabilität
könnte jedoch auch sein, dass diese Stämme schon mehrere Dekaden unbemerkt in
diesem Gebiet zirkulieren. In diesem Fall wäre es aber ein Rätsel, warum es im
Jahr 2004 zu einem plötzlichen epidemischen Ausbruch kam. Disseminierte kutane
Leishmaniosen (CL) können im Zusammenhang mit Immunsuppression stehen, wie bei
HIV/VL koinfizierten Patienten beobachtet wurde. Solche Fälle können leicht
als diffuse CL, PKDL, PKDL/VL oder Lepra falsch diagnostiziert werden. Die
molekulare Charakterisierung mit Hilfe der ITS1-PCR-RFLP und des MLMT von
Stämmen, die aus viszeralen Organen und Hautläsionen des gleichen Patienten
isoliert wurden, zusammen mit klinischen, immunologischen und virologischen
Daten hat ergeben, dass die Hautläsionen bei den HIV-positiven VL-Patienten
durch die Ausbreitung der viszerotropen L. donovani-Parasiten als Folge der
schweren Immunsuppression bedingt waren. Andererseits wurde sechs Monate nach
Beginn von ART bei einem VL/HIV-Patienten mit Phase IV AIDS eine PKDL/VL
infolge der Immunrestoration diagnostiziert. Weitere kombinierte klinische,
virologische und molekulare Untersuchungen sind für ein besseres Management
von HIV-koinfizierten Patienten mit unterschiedlicher klinischer Symptomatik
notwendig.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Visceral Leishmaniasis
dc.subject
Leishmania donovani
dc.subject
Population genetics
dc.subject
Microsatellite
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Molecular epidemiology and population genetics of Leishmania donovani strains
isolated from different ethiopian visceral Leishmaniasis endemic areas
dc.contributor.contact
tesfayegela2002@yahoo.com
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Wolfgang Presber
dc.contributor.furtherReferee
Prof. M. Miles
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Ch. Jaffe
dc.date.accepted
2011-11-18
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000025444-7
dc.title.translated
Molekulare Epidemiologie und Populationsgenetik von Leishmania donovani in
verschiedenen äthiopischen Gebieten endemisch für viszerale Leishmaniose
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000025444
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000010102
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open access