New procedures for the diagnosis of human brucellosis in Mongolia

Abstract

The feasibility of developing immunological and molecular diagnostic tools for routine diagnosis of brucellosis under conditions of a less economically and scientifically advanced country in general and Mongolia in particular was analysed. Brucellosis is a major healthcare issue in Mongolia for both, humans as well as lifestock farming, leading to enormous economic losses every year. Diagnosis of the disease is demanding and insufficiently specific with the available tests. Using genomic sequences of the most important Brucella strains, new diagnostic procedures have been developed by means of molecular biotechnology. They include the production of several recombinant proteins as antigens in immunological assays such as ELISA. Combining of several of these antigens in a single recombinant fusion protein led to an unattained highly specific test for infections caused by Brucella. The genus Brucella includes different species (or biovars) carried by different primary animal hosts and being transmitted by different routes to humans. Furthermore, the severity of clinical manifestations differs among the species necessitating specific modalities of treatment and making differential diagnosis on the species level an important issue. Thus, another part of the study was focused on this topic. By means of multiplex nested PCR, a highly sensitive and specific differentiation between the major Brucella strains occurring in Mongolia was obtained. The immunological as well as the molecular diagnostic principles have been designed to be applicable in laboratory practice under limited economical conditions, including simple and inexpensive procedures for antigen production and DNA purification. Ziel der Arbeit war zu versuchen, neue immunologische und molekulare Methoden zur routinemäßigen Diagnose der Brucellose unter wirtschaftlich und wissenschaftlich weniger privilegierten Bedingung zu entwickeln, wie sie z. B. in der Mongolei vorherrschen. Die Brucellose ist in der Mongolei ein erhebliches Problem, das nicht nur die Gesundheit der Bevölkerung betrifft, sondern auch für die Tierzucht relevant ist und dort jedes Jahr zu großen ökonomischen Einbußen führt. Die Diagnose der Krankheit ist aufwendig und mit den vorhandenen Methoden wenig spezifisch. In der vorliegenden Arbeit wurden unter Zuhilfenahme der genomischen Sequenzen der wichtigsten Stämme von Brucella mittels molekularbiologischer Methoden neue Diagnoseverfahren entwickelt. Auf der einen Seite waren dies verschiedene rekombinante Antigene, die in immunologischen Tests wie dem ELISA zur Anwendung kamen. Die Verschmelzung mehrerer solcher rekombinanter Antigene in einem einzigen rekombinanten Fusionsprotein führte zu einer bislang unerreicht hohen Spezifität der Diagnose der Brucellose. Das Genus Brucella schließt mehrere Species (oder Biovare) ein, die bei verschiedenen Tierarten vorkommen und auf unterschiedliche Weisen auf den Menschen übertragen werden. Die Schwere der klinischen Manifestationen hängt von der Art des Erregers ab und bedingt unterschiedliche therapeutische Maßnahmen. Daher ist es wichtig, die Art der Erreger durch eine Differentialdiagnose zu identifizieren. Ein weiterer Teil der Arbeit befaßt sich daher mit diesem Problem. Mit Hilfe von Multiplex-PCR wurde eine sehr empfindliche und spezifische Differenzierung zwischen den wichtigsten in der Mongolei auftretenden Brucella-Stämmem erzielt. Sowohl das immunologische als auch das molekulare diagnostische Nachweisverfahren wurden so entwickelt, daß sie unter den bezüglich der Finanzierung und der wissenschaftlichen Laborausstattung limitierten Voraussetzungen der Mongolei durchführbar sind. Dies betrifft z. B. die Verwendung einfacher und kostengünstiger Methoden für die Produktion der Antigene für die Immundiagnose und für die Reinigung von DNA für PCR-Analysen.