Polioviren in Abwasseruntersuchungen

 

• International wiederholt Polio-Viren in Abwasser gefunden

 

• Zirkulieren die Viren auch in Deutschland, Österreich und der Schweiz?

 

• Abwasseruntersuchungen für Polio sind noch nicht etabliert können aber als Frühwarnsystem funktionieren

 

In den vergangenen Monaten wurden wiederholt Polioviren in Abwasseruntersuchungen in Israel, den Vereinigten Staaten von Amerika und Großbritannien nachgewiesen. Dabei handelt es sich nicht um Polioviren des Wildtyps, sondern um Erregerstämme, die sich aus dem abgeschwächten oralen OPV-Impfvirus (Schluckimpfung) entwickelt haben (vaccine derived poliovirus, VDPV). Zwar zirkulieren Polio-Wildtypviren aktuell nur noch in wenigen Ländern der Erde, doch weltweit kommt es vermehrt zu lokalen Ausbrüchen von VDPV, weil zur weltweiten Ausrottung der Polio weiterhin Schluckimpfungen mit abgeschwächten Polioviren eingesetzt werden [I].

Im März 2022 gab es einen Poliovirenausbruch in Israel, bei dem ein vierjähriges ungeimpftes Kind in der Region Jerusalem akute schlaffe Lähmungen erlitt, sechs weitere Kinder waren asymptomatisch erkrankt. Untersuchungen ergaben, dass es sich bei dem Virus um eine VDPV2-Variante handelte, die verwandt war mit Polioviren aus Abwasseruntersuchungen, die in Proben seit September 2021 aufgetreten waren [II].

Im Bundesstaat New York infizierte sich im Juni ein junger ungeimpfter Mann mit VDPV2. Abwasseruntersuchungen aus der Region ergaben, dass bereits 25 Tage, bevor der Patient Symptome entwickelte, sich VDPV2 in den Proben befunden hatte [III]. Daraus lässt sich schließen, dass dieser Erreger bereits länger in der Region zirkulierte und vermutlich eingeschleppt wurde. In London wurden die Gesundheitsbehörden im Juni aufmerksam, als wiederholt Polioviren in Abwasserproben gefunden wurden [IV], was darauf hinweist, dass Impfviren in der Bevölkerung zirkulieren. Als Reaktion auf die Abwasserfunde rief der Gemeinsame Ausschuss für Impfung und Immunisierung (joint committee on vaccination and immunisation, JCVI) im August dazu auf, alle Kinder zwischen ein und neun Jahren in London erneut mit einer Dosis IPV gegen Polio impfen zu lassen [V].

Abgeschwächte Polioviren aus der Schluckimpfung wie VDPV2 können längere Zeit unerkannt unter ungeimpften Personen zirkulieren und sich verändern. In einige Fällen treten Mutationen auf, die das Virus wieder krankheitserregend werden lassen. Auch Lähmungen können in seltenen Fällen auftreten. Anstatt einer Schluckimpfung wird aus diesem Grund in Deutschland seit 1998 und mittlerweile in vielen Ländern weltweit die Impfung mit einem inaktivierten Polio-Impfstoff (IPV) empfohlen.

Nichtdestotrotz kommt die Schluckimpfung weiterhin zum Einsatz. Die OPV ist preiswerter als der inaktivierte Impfstoff, er schützt vor Übertragung des Erregers und er schützt nicht allein die geimpfte Person wie beim IPV-Impfstoff, sondern er kann auf weitere Personen im Umfeld übertragen werden, wodurch diese mitgeimpft werden [VI].

Niedrige Impfquoten bergen deshalb das Risiko, dass aus Drittländern eingeschleppte OPV-Impfviren sich ausbreiten, verändern und dann ungeimpfte oder trotz Impfung ungeschützte Personen infizieren können. Die Impfquote für Polio liegt in Deutschland bei Kleinkindern im Alter von 15 Monaten bei 90,1 Prozent [VII]. Eine Auswertung bei Erwachsenen in 2013 ergab eine Impfquote je nach Altersgruppe zwischen 68,0 und 92,6 Prozent [VIII].

Inwiefern die Möglichkeit besteht, dass Polioviren auch im Abwasser in Deutschland, Österreich und der Schweiz gefunden werden können, ob Abwasserproben hierzulande überhaupt regelmäßig auf das Vorkommen von Polioviren untersucht werden und wie die Impfkampagnen der britischen Gesundheitsbehörden als Reaktion auf die Poliovirusfunde einzuschätzen sind, beantworten Fachleute in den nachfolgenden Statements.

 

• Dr. Andreas Bergthaler, Institutsleiter, Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie, Medizinische Universität Wien, und Leiter der Forschungsgruppe Virale Pathogenese und antivirale Immunantworten, Forschungsinstitut für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (CeMM), Österreich

 

• Dr. Sabine Diedrich, Leiterin des Nationalen Referenzzentrums für Poliomyelitis und Enteroviren (NRZ PE), Robert Koch-Institut (RKI), Berlin
  und Dr. Kathrin Keeren, Geschäftsstelle der Nationalen Kommission für die Polioeradikation in Deutschland, Robert Koch-Institut (RKI), Berlin

 

• Prof. Dr. Fred Zepp, Direktor des Zentrums für Kinder- und Jugendmedizin Leitung AG Immunologie & Infektiologie, Universitätsmedizin Mainz und Mitglied der Ständigen Impfkommission (Stiko)

 

• Prof. Dr. Susanne Lackner, Fachgebiet Abwasserwirtschaft, Technische Universität Darmstadt

 

Statements

Dr. Andreas Bergthaler

Institutsleiter, Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie, Medizinische Universität Wien, und Leiter der Forschungsgruppe Virale Pathogenese und antivirale Immunantworten, Forschungsinstitut für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (CeMM), Österreich

„In Österreich liegt bei den Abwasseruntersuchungen von Behördenseite bisher der Schwerpunkt auf SARS-CoV-2. Es laufen jedoch bereits eine Reihe an wissenschaftlichen Untersuchungen, um auch andere Pathogene nachzuweisen und zu quantifizieren. Für den Nachweis des Poliovirus muss man unterscheiden, ob es sich um den Impfstamm oder tatsächlich das Wildtyp-Poliovirus handelt. Ich schließe nicht aus, dass man sowohl Poliovirus als auch andere potenzielle krankheitsmachende Erreger im Abwasser in Mitteleuropa findet. Wesentlich scheint mir dabei jedoch, dass diese Untersuchungen möglichst gut wissenschaftlich begleitet und validiert werden, um ein besseres Verständnis über deren Aussagekraft zu erhalten. Für SARS-CoV-2 haben wir genau das in den vergangenen zwei Jahren gemeinsam mit den nationalen InfektionsepidemiologInnen erprobt und konnten damit den Wert von Abwassermonitoring für SARS-CoV-2 aufzeigen [1].“

„Interessanterweise wurden Polioviren schon in den 1930/40ern im Abwasser erfolgreich detektiert [2] und Länder wie Israel messen Abwasserproben darauf schon seit längerer Zeit als Frühwarnsystem. Dennoch brauchte es offenbar die aktuelle SARS-CoV-2-Pandemie, um die Möglichkeiten der Abwasseruntersuchungen für die Epidemiologie von Infektionserkrankungen und die Gesundheitsbehörden so richtig hervorzuheben. Zukünftig wird das vermehrt auch auf andere Infektionserreger abzielen und ist auch Teil unseres eigenen Forschungsschwerpunktes. Wichtig scheint mir dabei aber, darauf zu achten, dass jeder Erreger unterschiedliche Infektionswege nimmt, unterschiedliche biologisch-chemische Eigenschaften besitzt, anderen epidemiologischen Gesetzmäßigkeiten unterliegt, und teilweise auch andere technische Voraussetzungen für die Aufarbeitung von Abwasserproben verlangt. Daher wird es meiner Meinung nach in den nächsten Jahren viele stringente wissenschaftliche Untersuchungen benötigen, um das volle Potenzial von Abwasseruntersuchungen für die effektive Überwachung von Infektionserregern auszuschöpfen.“

Dr. Sabine Diedrich

Leiterin des Nationalen Referenzzentrums für Poliomyelitis und Enteroviren (NRZ PE), Robert Koch-Institut (RKI), Berlin

Dr. Kathrin Keeren

Geschäftsstelle der Nationalen Kommission für die Polioeradikation in Deutschland, Robert Koch-Institut (RKI), Berlin

„Derzeit gibt es in Deutschland keine flächendeckenden abwasserbasierten Untersuchungen auf Infektionserreger. Die Testung von Abwasser auf Polioviren wird derzeit im Rahmen eines Pilotprojektes am Robert Koch-Institut (RKI) etabliert. Die Analyse unterscheidet sich methodisch von der SARS-CoV-2-Untersuchung und muss weitaus sensitiver sein, um möglichst bereits bei einem infizierten Ausscheider in einer Großstadt valide Ergebnisse zu liefern.“

„In Zeiten der Globalisierung und des Tourismus sind Polionachweise im Abwasser durchaus möglich. Eintragungen von Polioviren aus noch endemischen Ländern oder Ländern, die den Lebendimpfstoff (OPV) verwenden, können erst ausgeschlossen werden, wenn die Poliomyelitis weltweit ausgerottet ist. Wichtig ist das Aufrechterhalten einer hohen Impfquote (WHO-Empfehlung: 95 Prozent) auch in bereits poliofreien Regionen. Der inaktivierte Polioimpfstoff (IPV), der in Deutschland verwendet wird, schützt zuverlässig vor der Erkrankung durch Polioviren.”

Auf die Frage, ob sich durch die Befunde aus den Abwasseruntersuchungen direkt eine Infektionsgefahr für suszeptible Personen ableiten lässt:
„Wiederholte Polionachweise im Abwasser über einen längeren Zeitraum und/oder in unterschiedlichen Kläranlagen deuten auf eine Zirkulation von Polioviren hin. Das Poliovirus wird hauptsächlich fäkal-oral übertragen, kann aber wegen der primären Virusvermehrung in den Rachenepithelien kurz nach Infektion auch aerogen (über die Luft; Anm. d. Red.) übertragen werden. Eine Infektion mit Polioviren ist unter diesen Voraussetzungen möglich. Es gibt keine Therapie gegen Poliomyelitis, aber eine sehr effektive Prävention mittels Impfung.”

Auf die Frage nach der Qualität und den Limitationen von Abwasseruntersuchungen:
„Neben der Überwachung akuter schlaffer Lähmungen (AFP (akute schlaffe Parese)-Surveillance) und der Zirkulation von Enteroviren (Enterovirussurveillance – syndromisch oder laborbasiert) (zur Gattung der Enteroviren gehören neben dem Poliovirus auch andere Erreger wie Rhinoviren, Coxsackie-Viren oder Humanes Enterovirus 70 und 71; Anm. d. Red.) gilt der Nachweis von Polioviren im Abwasser als sehr effektive zusätzliche Möglichkeit, um die Poliosituation eines Landes zu bewerten – so zum Beispiel auch der Poliofreiheit. Poliovirusinfektionen haben eine sehr geringe Manifestationsrate von nur 0,5 Prozent. (das bedeutet, nur eine von 200 infizierten Personen entwickelt eine Polioerkrankung mit Lähmungserscheinungen; Anm. d. Red.) und können daher lange unbemerkt zirkulieren, bevor es zu ersten klinischen Fällen kommt. Dies gilt insbesondere für Bevölkerungsgruppen mit niedrigen Impfraten und/oder für Länder, die ausschließlich den inaktivierten Polioimpfstoff (IPV) verwenden, da dieser zwar eine Erkrankung verhindert, aber eine Infektion (und damit Ausscheidung) nicht sicher ausschließt. Abwasseruntersuchungen sind hier ein wertvolles Mittel, um frühzeitig Infektionen zu erkennen. Das Abwasser auf Polioviren zu untersuchen ist aufwändig und sollte an mehreren Standorten durchführt werden. So kann zwar der Ort des Infektionsgeschehens eingegrenzt werden, jedoch kann die ausscheidende Person damit nicht identifiziert werden.”

Auf die Frage, wie die Empfehlung des Londoner Gesundheitsamts, allen Kindern von ein bis neun Jahren eine erneute Polioimpfung anzubieten, zu bewerten ist:
„Die Bewertung von Maßnahmen in anderen Ländern liegt nicht im Zuständigkeitsbereich des RKI. Grundsätzlich sind Impfungen zur Schließung von Impflücken die effektivste Maßnahme zur Verhinderung von Polioausbrüchen.”

Prof. Dr. Fred Zepp

Direktor des Zentrums für Kinder- und Jugendmedizin Leitung AG Immunologie & Infektiologie, Universitätsmedizin Mainz und Mitglied der Ständigen Impfkommission (Stiko)

„Seit Februar dieses Jahres wurden in England, vor allem in der Region London, Polioviren in Abwasserproben identifiziert. Dabei wurden vom Polio Impfstoff Typ-2 abgeleitete Viren, sogenannte Vaccine derived Poliovirus 2 (VDPV2) nachgewiesen. Schon lange ist bekannt, dass neben den Polio-Wildtypviren auch Polio-Impfviren mutieren und insbesondere bei immunologisch gefährdeten Menschen eine Poliomyelitis auslösen können. In den vergangenen Jahren sind in verschiedenen Regionen der Welt Infektionen durch Polio-2-Viren aufgetreten. Dabei hat es sich jedoch nicht um Infektionen durch das Wildtypvirus, sondern immer um Impfstoff-assoziierte Polio-2-Viren gehandelt. Aus diesem Grund hat die WHO im April 2016 das lebende Impfvirus Polio Typ-2 weltweit aus allen oral verabreichten Polio-Impfstoffen entfernt und die Neuentwicklung eines sicheren Polio-2-Lebendimpfstoffs initiiert. Diese Entwicklung ist erfolgreich verlaufen und eine neue orale Polio-2-Lebendvakzine wird in mehreren Ländern, vor allem in Afrika, heute schon erfolgreich eingesetzt [3].“

„In Ländern, die aufgrund dieses Risikos die orale Polio-Schluckimpfung (OPV) verlassen haben und stattdessen mit inaktivierten Polio-Impfstoffen (IPV) gegen Infektionen durch die drei Polio-Virus-Typen schützen, ist das Infektionsrisiko sehr gering, aber nicht vollständig ausgeschlossen. Auch in diesen Ländern werden gelegentlich, wie jetzt in England, vom früheren Polio-Typ-2-Impfvirus abstammende Viren nachgewiesen. Die Beobachtung unterschiedlicher Mutationsmuster spricht dafür, dass Virusübertragung und -replikation aktuell in Menschen stattgefunden hat. Nach der Entdeckung des Impfstoff-assoziierten Polio-Virus-2 in Abwässern in Nord- und Ost-London hat der Gemeinsame Ausschuss für Impfung und Immunisierung (JCVI, entspricht der deutschen Stiko) empfohlen, allen Kindern im Alter von ein bis neun Jahren eine gezielte Auffrischimpfung mit inaktiviertem Polio-Impfstoff (IPV) anzubieten.“

„Auch wenn die inaktivierte Polio-Impfung zum Standardimpfprogramm für Kinder in UK gehört, ist der Infektionsschutz nach Impfung nicht bei jedem geimpften Kind hundertprozentig. Zudem besitzen nach Einschätzung der englischen Gesundheitsbehörden aktuell nicht alle Kinder einen altersgerecht vollständigen Impfschutz. In dieser Situation ist das Angebot einer generellen Auffrischimpfung mit der inaktivierten Poliovakzine eine sinnvolle und wirkungsvolle Maßnahme, um möglichst viele Menschen schnell vor einer möglichen Infektion zu schützen und das Risiko eines Ausbruchs zu vermindern. Dies ist umso mehr zu unterstützen, da inaktivierte Polio-Impfstoffe sicher und sehr gut verträglich sind.“

Prof. Dr. Susanne Lackner

Fachgebiet Abwasserwirtschaft, Technische Universität Darmstadt

„Der Nachweis von SARS-CoV-2, Influenza oder anderen Viren, von Bakterien wie Tuberkulose-Erregern oder antibiotikaresistenten Bakterienstämmen im Abwasser ist eine gute Methode zur Überwachung von zirkulierenden, kritischen Krankheitserregern. Auch der Nachweis von Polioviren ist im Abwasser möglich und wird seit vielen Jahrzehnten als Überwachungsmethode in anderen Ländern verwendet. Durch die Entwicklungen im Bereich der molekular- und mikrobiologischen Methoden werden solche Nachweise im Abwasser auch immer sensitivier und zuverlässiger.“

„Auch das Robert Koch-Institut hat das Potenzial der Abwasserüberwachung zum Beispiel für Polioviren erkannt und die Coronapandemie hat mit weltweiten Forschungsaktivitäten das große Potenzial am Beispiel von SARS-CoV-2-RNA-Nachweisen aufgezeigt. Das hat den Fokus auf Abwasseruntersuchungen auch beim RKI noch weiter verstärkt.“

„Wir stehen in Deutschland bei der Abwasserüberwachung allerdings noch recht am Anfang, auch bei SARS-CoV-2. Nun soll die Abwasserüberwachung im Infektionsschutzgesetz verankert werden, das kann einen wichtigen Schub geben. Es gibt allerdings noch viele Aspekte bei der Umsetzung, wie zum Beispiel die Dateninfrastruktur, die nicht abschließend geklärt sind.“

„Generell liegt die Herausforderung in Deutschland bei der Abwasserüberwachung vor allem in den Verwaltungsstrukturen. Für ein funktionierendes Abwasserüberwachungssystem müssen Umwelt- und Gesundheitsbehörden eng zusammenarbeiten. Dieser Weg wird bereits beschritten, zusätzlich erschwert jedoch der Föderalismus den Aufbau eines solchen Systems.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Fred Zepp: „Ich habe keinen direkten Interessenkonflikt zu inaktivierten Polio-Impfstoffen, bin aber Mitglied der Stiko, was gelegentlich auch als Interessenkonflikt bezeichnet wird. Zudem bin ich der Vorsitzende des Data Safety Monitoring Boards, das seit 2017 für die WHO die Entwicklung des neuen oralen Polio-2-Impfstoffes in verschiedenen Ländern der Dritten Welt überwacht. Die aktuell laufenden Studien werden von der Coalition for Epidemic Preparedness Innovations (CEPI) in Afrika durchgeführt.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Weiterführende Recherchequellen

Global Polio Eradication Initiative: nOPV2 Frequently Asked Questions (FAQ). Stand: Oktober 2020.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Amman F et al. (2022): Viral variant-resolved wastewater surveillance of SARS-CoV-2 at national scale. Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/s41587-022-01387-y.

[2] Kling C et al. (1942): Sewage as a Carrier and Disseminator of Poliomyelitis Virus. Part I. Searching for Poliomyelitis Virus in Stockholm Sewage. Acta Medica Scandinavica, 112 (3-4): 217-249.

[3] Konopka-Anstadt J et al. (2020): Development of a new oral poliovirus vaccine for the eradication end game using codon deoptimization. npj Vaccines. DOI: 10.1038/s41541-020-0176-7.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[I] Global Polio Eradication Initiative: Circulating vaccine-derived poliovirus.

[II] Diedrich S et al. (2022): Impfvirus-abgeleitete Polioviren zirkulieren auch in Europa. Epidemiologisches Bulletin. DOI: 10.25646/9915.

[III] Link-Gelles R et al. (2022): Public Health Response to a Case of Paralytic Poliomyelitis in an Unvaccinated Person anId Detection of Poliovirus in Wastewater — New York, June–August 2022. Morbidity and mortality Weekly Report (MMWR). DOI: 10.15585/mmwr.mm7133e2.

[IV] UK Health Security Agency (22.06.2022): Poliovirus detected in sewage from North and East London.

[V] UK Health Security Agency (10.08.2022): All children aged 1 to 9 in London to be offered a dose of polio vaccine.

[VI] Global Polio Eradication Initiative: Inactivated poliovirus vaccine.

[VII] Rieck T et al. (2021): Impfquoten von Kinderschutzimpfungen in Deutschland – aktuelle Ergebnisse aus der RKI-Impfsurveillance. Epidemiologisches Bulletin. DOI 10.25646/9355.3.

[VIII] Poethko-Müller C et al. (2013): Impfstatus von Erwachsenen in Deutschland. Bundesgesundheitsblatt. DOI: 10.1007/s00103-013-1693-6.