Untersuchungen zur Diagnose, Entwicklung und Verbreitung von medikamentenresistenten Trypanosomen in Rinderherden an ausgewählten Standorten Ost- und Westafrikas | Studies on the diagnosis, development and distribution of drug-resistant trypanosomes in cattle herds from selected sites of East and West Africa

Titelseite und Inhaltsverzeichnis 1\. Vorwort Publikationen, die Bestandteil der Habilitationsschrift sind Einleitung und Ziel der Untersuchungen 2\. Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse 3\. Übergreifende Diskussion 4\. Schlussfolgerungen 5\. Zusammenfassung 6\. Summary 7\. Literaturverzeichnis 8\. Abkürzungen und Definitionen 9\. Darstellung des eigenen Anteils an den Arbeiten 10\. Danksagung 11\. Anhang (Mitteilungen 1-14)

Die von Tsetsefliegen zyklisch übertragenen Trypanosomosen der Rinder (Nagana) bedrohen die landwirtschaftliche Entwicklung in weiten Teilen Afrikas südlich der Sahara. Seit über 40 Jahren werden bei Rindern das Diamidin Diminazenaceturat zur Therapie und das Phenanthridinderivat Isometamidiumchlorid zur Prophylaxe eingesetzt. Die Entwicklung eines Impfstoffes scheiterte bisher an der ausgeprägten Fähigkeit der Trypanosomen zur Antigenvarianz. Hinzu kommt, dass trotz des Vorhandenseins effizienter Methoden die Nachhaltigkeit der Vektorenkontrolle (Tsetsefliegenbekämpfung) nach wie vor nicht gegeben ist. Auch zukünftig werden deshalb therapeutische und prophylaktische Behandlungen eine bedeutende Rolle in der Bekämpfung der Nagana spielen. In jüngster Zeit häufen sich jedoch Berichte über Resistenzen bei Trypanosomen. Bisher fehlen aber verlässliche Daten über das Vorkommen und die regionale Verbreitung von Resistenzen. Daher war das Ziel dieser Untersuchungen, die regionale Verbreitung und Bedeutung von Medikamentenresistenzen bei Trypanosomeninfektionen in Rinderherden an vier Standorten Afrikas exemplarisch zu bestimmen. Diese Standorte waren in Ostafrika Metekel (Nordwest-Äthiopien), Upper Didessa Valley (West-Äthiopien), Mukono County (Südost-Uganda) und in Westafrika Kénédougou Province (Südwest- Burkina Faso). In Gebieten mit erhöhtem Infektionsrisiko wurden Behandlungsstudien durchgeführt, einmal um den Verdacht auf Resistenz zu bestätigen und zum zweiten um die Häufigkeit resistenter Trypanosomeninfektionen zu bestimmen. Verschiedene in-vivo- und in-vitro- Methoden wurden zur Charakterisierung der Medikamentenempfindlichkeit von Trypanosomenfeldstämmen eingesetzt. Die Polymerase-kettenreaktion (PCR) wurde vergleichend auf ihre diagnostischen Möglichkeiten und Grenzen zur Kontrolle von prophylaktischen und therapeutischen Behandlungen bei Trypanosomen- infektionen überprüft. In Dörfern mit einem erhöhten Infektionsrisiko ergaben Blockbehandlungsstudien von Rinderherden mit Isometamidiumchlorid in Metekel, Upper Didessa Valley und Kénédougou Hinweise für ein weit verbreitetes, aber in seiner Häufigkeit sehr variables Vorkommen von Isometamidium-Resistenzen. Diese konnten bei weiteren Untersuchungen, sowohl bei der Therapie experimentell infizierter Rinder, Ziegen und Mäuse als auch unter Einsatz von in-vitro-Methoden für Isometamidium nicht nur bestätigt, sondern auf Diminazen ausgeweitet werden. Klone von Trypanosoma congolense-Populationen aus Metekel und Kénédougou zeigten in Mäusen ausgeprägte Resistenzen gegenüber beiden Wirkstoffen. Bei einem gehäuften Vorkommen mehrfachresistenter Trypanosomeninfektionen erscheint die ausschließliche Kontrolle der Nagana durch Trypanozide langfristig nicht mehr gerechtfertigt. Die Untersuchungen in Rinderherden von Mukono ergaben keine Hinweise auf Resistenzen bei Trypanosomen gegenüber Isometamidium und Diminazen. Die zunehmenden Berichte über Resistenzen aus anderen Regionen sollten allerdings auch in Mukono Anlass für einen restriktiven Einsatz von Trypanoziden geben. Die Polymerasekettenraktion (PCR) erwies sich als eine hochempfindliche und spezifische Methode zur Überprüfung des prophylaktischen und therapeutischen Erfolgs bei Trypanosomeninfektionen. Unter der Voraussetzung ausreichender finanzieller Mittel und entsprechender Laboreinrichtungen stellt sie ein geeignetes diagnostisches Hilfsmittel in epidemiologischen Untersuchungen dar, sowohl zur verbesserten Risikoabschätzung in Endemiegebieten als auch bei Erfolgsuntersuchungen in regionalen Bekämpfungsprogrammen. Da aufgrund der erheblichen Kosten mittelfristig nicht mit der Entwicklung und Zulassung neuer trypanozider Wirkstoffe für den afrikanischen Nutztiermarkt zu rechnen ist, sollte zur Verringerung der Gefahr von Resistenzentwicklung ein Medikamenteneinsatz auf klinisch erkrankte Tiere beschränkt werden. Bei Nachweis mehrfachresistenter Trypanosomen-populationen ist von einem Einsatz von Trypanoziden abzuraten. In solchen Regionen sind Maßnahmen zur Vektorenkontrolle zu intensivieren. Außerdem sollten Einkreuzungen mit genotypisch trypanotoleranten Rinderrassen angeregt werden.

Tsetse transmitted bovine trypanosomosis or nagana is a major constraint to rural development in much of sub-Saharan Africa. In all these regions the main control method is to cure the disease in cattle through the administration of anti-trypanosomal molecules such as the diamidine diminazene aceturate and the phenanthridine derivative isometamidium chloride. These drugs are in use for more than 40 years. Due to the phenomenon of antigenic variation no vaccine has been developed until now. Furthermore, vector control even though technically feasible, is inherently confronted with problems of sustainability. Therefore, control of the disease will continue to depend largely on the use of trypanocidal drugs for the foreseeable future. However, there have been several reports in recent times indicating an increase of the drug resistance incidence in trypanosomes. The number of case reports on drug resistance is growing, yet there is lack of reliable data at regional level on its true prevalence. The present study aimed to assess the development and distribution of drug-resistant trypanosomes in cattle herds from selected sites of East Africa (Metekel, north-west Ethiopia; Upper Didessa Valley, west Ethiopia; Mukono County, south-east Uganda) and West Africa (province of Kénédougou, south-west Burkina Faso). Longitudinal field studies were conducted to estimate the incidence of trypanocidal drug resistance in high risk areas. Several in vivo and in vitro tests were used to characterize the drug sensitivity of trypanosome field stocks. The polymerase chain reaction (PCR) was evaluated and its diagnostic potential to monitor the efficacy of prophylactic and curative treatments tested. Block treatment of cattle with isometamidium in high trypanosomosis risk villages in Metekel, Upper Didessa Valley and Kénédougou indicated that isometamidum resistance in Trypanosoma congolense was widespread but varied in its incidence between villages, indicating a relation with trypanosomosis risk and, possibly, other factors. Field-derived indicators of isometamidium resistance were supported by in vivo and in vitro demonstration of resistance to both isometamidium and diminazene. Clones originating from cattle primary isolates of T. congolense from Metekel and Kénédougou and tested in mice expressed a high level of resistance to both isometamidium and diminazene. It was concluded that chemotherapeutic agents per se would not provide a viable option for the control of trypanosomosis at Metekel and Kénédougou on a long-term basis if such resistance at clonal level was highly prevalent. In contrast, there appeared to be no resistance of trypanosomes to the common used drugs in cattle of Mukono. All the same, given the apparent development of resistance to trypanocidal drugs that has occurred in other tsetse-infested areas, anti-trypanosomal compounds should be judiciously applied in Mukono County as well. PCR proved to be a highly sensitive and specific tool to monitor the therapeutic and prophylactic efficacy and disease progression in bovine trypanosomosis. Depending on the availability of financial support, PCR could provide an ideal tool to assess trypansomosis risk in endemic areas and to monitor the success of tsetse and trypanosomosis control programmes. Since there is no indication that new trypanocidal drugs will become available in the near future, it is of greatest importance that measures be taken to avoid or delay the development of resistance and to maintain the efficacy of the currently available drugs. The most efficient way is the reduction in the number of treatments in order to reduce the selection pressure caused by these drugs. Mass treatments at short intervals should be avoided, particularly in areas of high challenge. Drug use should be reduced through vector control and by decreasing host-vector contact. If resistance to both isometamidium and dimiazene is present at the level of individual trypanosomes, trypanocidal drug use should be terminated, except for the treatment of clinical cases. Vector control activities should be maximised and cross-breeding with trypanotolerant cattle should be encouraged.