Das Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr ist eine Ressortforschungseinrichtung des Bundes für den Medizinischen B-Schutz. Sein Auftrag ist es, Verfahren und Maßnahmen zu entwickeln, um Bundeswehr-Angehörige vor Erkrankungen durch biologische Kampfstoffe zu schützen, beziehungsweise ihre Gesundheit im Falle einer Erkrankung wiederherzustellen. Das Institut befasst sich daher wissenschaftlich mit einer Vielzahl von Infektionserregern und Biogiften, die potenziell als biologische Kampfstoffe missbraucht werden können. Dabei handelt es sich um in der Natur selten vorkommende Erreger oder Toxine, die schwere, zum Teil tödliche, leicht von Mensch zu Mensch übertragbare und/oder schwierig zu behandelnde Erkrankungen auslösen können. Die auslösenden Agenzien zweifelsfrei identifizieren zu können, ist eines der wichtigsten Forschungsziele des Instituts. Die dabei aufgebauten Testverfahren dienen zum Beispiel zur Aufklärung unklarer Krankheitsausbrüche im Hinblick auf den möglichen Einsatz solcher B-Agenzien. Das InstMikroBioBw hat im Rahmen der Gesamtfähigkeit ABC-Abwehr der Bundeswehr die Verantwortung für die zweifelsfreie Identifizierung von biologischen Kampfstoffen. Die aus diesem Auftrag resultierenden diagnostischen Fähigkeiten bieten eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten auch in der Diagnostik natürlicher Infektionen und Ausbrüche. Daher sind die am InstMikroBioBw entwickelten Verfahren auch im Public-Health-Bereich bei der Aufklärung natürlicher Ausbruchsgeschehen von großem Nutzen.
Struktur und Aufgaben
Abb. 2: Luftfrachtsicher verpacktes Material der schnell verlegbaren medizinischen B-Aufklärung.
Die Rollkoffer beinhalten persönliche Schutzausrüstung, die B-Probenahme-Ausstattung, eine aufblasbare
Laborhülle, und Laborausstattung zur molekularbiologischen Diagnostik von B-Agenzien.
Im Jahr 2014 wurde durch die Leitung des InstMikroBioBw im Rahmen einer ablauforganisatorischen Maßnahme zur Prozessoptimierung eine neue Arbeitsgliederung eingeführt (Abb. 1). So wurden zentrale Dienste wie der Zentralbereich Diagnostik und die Fachgruppe Molekulare Genomik und Bioinformatik eingerichtet, die bereichsübergreifend arbeiten, und die sollorganisatorisch vorhandenen sechs Teileinheiten des Instituts wurden in drei größere Kompetenzbereiche zusammengefasst. Diese sind nach Erregern, aber auch nach funktionalen Gesichtspunkten gegliedert. Sie haben primär die Aufgabe, Forschungsprojekte im Rahmen der Forschungskorridore des Instituts durchzuführen. Hierzu gehören aus Haushaltsmitteln des Bundes grundfinanzierte Projekte ebenso wie Sonderforschungs- und Drittmittel-Projekte. Die Dienstleistungsaufgaben des Instituts auf den Gebieten der stationären und mobilen B-Aufklärung sind schwerpunktmäßig im Kompetenzbereich III abgebildet. Der Leitung wurde eine aus Dienstposten aller Teileinheiten gebildete kleine Führungsunterstützungsgruppe an die Seite gestellt, die die Leitung des Innendienstes, die Materialbewirtschaftung, die Bearbeitung der Sicherheitsangelegenheiten sowie das Qualitätsmanagement sicherstellt. Das Institut verfügt gem. Sollorganisation über 65 Dienstposten. Hinzu kommen bis zu 30 Drittmittel-finanzierte Stellen, sowie Reservedienstleistende, Gäste und Praktikanten (meist Studenten, die Bachelor- oder Masterarbeiten anfertigen).
Medizinische B-Aufklärung
Abb. 3: Faltbarer unterdruckbelüfteter Handschuhkasten (Glovebox) zur sicheren Inaktivierung von Proben mit vermuteten hochkontagiösen Erregern.
Linke Seite: Frontalansicht mit individuell größenanpassbarer Zugriffsvorrichtung. Rechte Seite: Rückansicht mit sog. Rapid-Transfer-Port-Behältern
zur Ein- und Ausschleusung von Verbrauchs- und Probenmaterialien.
Das Institut verfügt über eine Teileinheit für Medizinische B-Aufklärung, deren Auftrag es ist ungewöhnliche Krankheitsgeschehen aufzuklären, die durch den Einsatz von biologischen Kampfstoffen ausgelöst worden sein können. Dazu entwickelt und betreibt sie mobile Laborfähigkeiten, die jederzeit verlegefähig bereitstehen (Abb. 2). Nachweisverfahren und Fachwissen für ein sehr großes Spektrum an Krankheiten müssen vorgehalten werden. Die eingesetzten Nachweisverfahren beruhen meist auf der Polymerasekettenreaktion (PCR), aber auch Enzymimmuntests und Immunfluoreszenztests kommen zum Einsatz. Die neueste Entwicklung ist die Nukleinsäuresequenzierung unter Feldbedingungen, die bereits Einsatzreife erlangt hat. Das am Institut entwickelte mobile Laborsystem einschließlich einer schutzbelüfteten Glovebox (Abb. 3) zum sicheren Umgang mit infektiösem Material wurde unter der Bezeichnung European Mobile Lab in einer zivilen Version in mehrfacher Ausfertigung während des Ebola-Ausbruchs in Westafrika eingesetzt (Abb. 4). Seither gilt das mobile Labor des Instituts weltweit als technischer Goldstandard für solche mobilen Laboreinsätze. Bei Ausbruchsgeschehen durch den möglichen Einsatz von biologischen Kampfstoffen sind im gesamten Aufklärungsprozess besondere forensische Verfahrensweisen zu implementieren. Diese umfassen zum Beispiel Maßnahmen der Beweissicherung, der Gewährleistung der Manipulationssicherheit der gewonnen Proben und die lückenlose Dokumentation der Gewahrsamskette
Die im Rahmen der mobilen medizinischen B-Aufklärung ermittelten diagnostischen Ergebnisse bedürfen der Bestätigung durch stationäre Verfahren. Dies geschieht durch Einbeziehung zusätzlicher, z.B. kultureller oder molekularbiologischer Methoden sowie durch aufwändigere Algorithmen, die zum Beispiel eine stärkere Differenzierung oder den Ausschluss seltener Fehldiagnose-Konstellationen ermöglichen (Abb. 5). Überdies erfolgt die stationäre Diagnostik in einem gemäß DIN EN ISO 15189 voll akkreditierten Labor, was den hohen Anspruch an das Vertrauensniveau widerspiegelt. Ziel ist die „zweifelsfreie Identifizierung“, eine in einer NATO-STANAG niedergelegte Anforderung an die Aufklärung von B-Ereignissen. Das diagnostische Leistungsspektrum steht nicht nur den Einrichtungen des Sanitätsdienstes der Bundeswehr, sondern auch Einrichtungen der zivilen Gesundheitsversorgung zur Verfügung. Im Bereich der Stadt München wird zum Beispiel die orientierende Diagnostik importierter gefährlicher Infektionskrankheiten durch das Institut sichergestellt. Der Zentralbereich betreibt auch Forschungsprojekte zur Weiterentwicklung der diagnostischen Verfahren und beteiligt sich an internationalen Projekten zur Standardisierung der Diagnostik gefährlicher Infektionskrankheiten. So ist er zum Beispiel an dem von der EU geförderten Forschungsprojekt EMERGE: „Efficient response to highly dangerous and emerging pathogens at EU level“ beteiligt. EMERGE ist ein Europäisches Netzwerk, dem 40 Laboratorien angehören, die auf die Diagnostik von Risikogruppe-3-Bakterien bzw. auf Risikogruppe-3- und 4-Viren spezialisiert sind. Das Netzwerk hat zum Ziel, Routineverfahren und neue Diagnostika für hochpathogene Erreger zu evaluieren. Ringversuche zur externen Qualitätskontrolle, Trainingsprogramme und der Erfahrungsaustausch bei Netzwerktreffen dienen dazu, auf Bedrohungslagen und Ausbrüche auf EU Ebene und darüber hinaus adäquat reagieren zu können.
Die Konsiliarlabore
Abb. 5: Diagnostische Probenbearbeitung im Labor der Schutzstufe 3
Das Institut betreibt seit 2010 das Konsiliarlabor für Brucella, seit 2014 das Konsiliarlabor für Pest und seit 2015 das Konsiliarlabor für FSME. Diese bieten umfangeiche Beratungsleistungen für die Einrichtungen der Gesundheitsversorgung und des Öffentlichen Gesundheitswesens in Deutschland an und stellen damit die Expertise des Instituts auch der Allgemeinheit zur Verfügung. Insbesondere das Konsiliarlabor für FSME wird stark in Anspruch genommen. Es hat in den zurückliegenden Jahren zahlreiche Herdanalysen und Ausbruchsuntersuchungen durchgeführt und diezunehmende Ausbreitung der FSME in Deutschland dokumentiert. Die speziellen diagnostischen Leistungen aller drei Konsiliarlabore werden durch den akkreditierten Zentralbereich Diagnostik des Instituts erbracht.
Ressortforschung
Die Forschung des InstMikroBioBw ist grundsätzlich translational ausgerichtet, d.h. sie zielt kurz- bis mittelfristig auf konkrete Produkte für den Sanitätsdienst der Bundeswehr ab, die dann auch in Form entsprechender Wissenschafts-basierter Dienstleistungen vorgehalten werden. So ist die medizinische B Aufklärung, sprich die damit verbundene Diagnostik und die Identifizierung von biologischen Kampfstoffen in den Forschungskorridoren ein prominentes Thema. Hierbei geht es um die Entwicklung von Verfahren für die Anwendung im Feld ebenso wie für den stationären Betrieb. Ein weiterer wichtiger Forschungskorridor ist die mikrobielle Forensik. Dabei geht es primär um die Gewinnung und bioinformatische Interpretation von Genomdaten von Ausbruchsstämmen sowie den Aufbau von Vergleichsdatenbanken durch Vollgenomsequenzierung großer Stammsammlungen. Seit 2014 wurden mehrere Vollgenom-Sequenzierplattformen etabliert und die bioinformatischen Kapazitäten kontinuierlich ausgebaut (Abb. 6). Derzeit werden Teilschritte der Vollgenomsequenzierung mithilfe eines Pipettier-Roboters automatisiert.
Bei der Risikoanalyse geht es im wesentlichen um epidemiologische Untersuchungen zum natürlichen Vorkommen potentieller B-Erreger, eine notwendige Grundlage für die Abgrenzung natürlicher von absichtlich herbeigeführten Infektionen. Im Bereich der Therapie beschäftigt sich das InstMikroBioBw mit der Identifizierung und Testung von Wirkstoffen sowie mit der Standardisierung der Antibiotikasensitivitätstestung. Im Bereich der Prävention gibt es zum Beispiel Projekte zur Überprüfung der Impfstoffwirksamkeit.
Biosicherheitsprojekte und Ertüchtigungsinitiative
Abb. 6: Probenbearbeitung an der MiSeq®-Vollgenomsequenzierplattform
Im Rahmen des Biosicherheitsprogramms des Auswärtigen Amts sowie der Ertüchtigungsinitiative der Bundesregierung führt das InstMikroBioBw aktuell Projekte in Georgien, Kasachstan, der Ukraine, Tunesien (Abb. 7) sowie in den Ländern der G5-Sahel-Region durch. Die G7-Initiative „Globale Partnerschaft gegen die Verbreitung von Massenvernichtungswaffen und -materialien“ wurde 2002 auf dem G7-Gipfel in Kananaskis, Kanada ins Leben gerufen. Für Deutschland hat das Auswärtige Amt im Jahr 2013 das „Deutsche Partnerschaftsprogramm für biologische Sicherheit und Gesundheitssicherstellung“ initiiert. Es soll biologische Sicherheitsrisiken vermindern und benötigte Biosicherheits-Kapazitäten weltweit aufbauen und verbessern.
Die Ertüchtigungsinitiative der Bundesregierung (Enable and Enhance Initiative) zielt seit 2011 darauf ab, Sicherheitsstrukturen im Ausland zu stärken und krisenhaften Entwicklungen vorzubeugen. Partnerstaaten sollen ertüchtigt werden, wirksamer auf Krisen zu reagieren. Dahinter steht die Überzeugung, dass lokale Akteure eher in der Lage sind lokale Konflikte nachhaltig zu lösen. In den Partnerstaaten sollen frühzeitig zuverlässige Institutionen, die Verantwortung für die Sicherheit übernehmen und dadurch langfristig zur Stabilisierung beitragen können, identifiziert und gestärkt werden.
Das Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr engagiert sich derzeit innerhalb der Ertüchtigungsinitiative zusammen mit der Deutschen Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH in zwei Projekten (Tunesien, G5-Sahel-Region).
Transparenz, Vertrauen, Zusammenarbeit
Abb. 7: Tunesisches Laborteam mit Trainingsteam aus dem InstMikro-
BioBw
Das Institut hat ein eigenes Forschungscontrolling implementiert, das sicherstellt, dass alle Projekte, die aus Haushaltsmitteln des Bundes finanziert werden, hohen wissenschaftlichen Qualitätsansprüchen genügen und in die vorgegebenen Forschungskorridore fallen. In diesem Zusammenhang werden grundsätzlich auch mögliche Dual-Use-Aspekte geprüft. Falls Bedenken bestehen, wird das betreffende Projekt der bei der Akademie bestehenden Kommission für Ethik in der Forschung vorgelegt. Alle Forschungsleistungen werden in den Jahresberichten des Instituts beschrieben und nach Möglichkeit auch in Open-Access-Fachjournalen publiziert. Damit werden sie einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Auch die Medical Biodefense Conference dient der Veröffentlichung von Forschungsergebnissen aus dem eigenen Bereich, darüber hinaus aber trägt sie zur Erfüllung der Verpflichtungen Deutschlands im Sinne des Artikels X des internationalen B-Waffenübereinkommens bei, der Transparenz, Vertrauensbildung und Zusammenarbeit der Vertragsstaaten einfordert. Diese mittlerweile weltweit führende Fachtagung zog im Jahr 2018 mehr als 500 Teilnehmer aus 58 Nationen an. Schließlich betreibt das Institut eine frei zugängliche Internetseite, auf der der interessierten Öffentlichkeit Informationen über Auftrag, Ziele und Projekte des Instituts vermittelt werden.
Autor:
Oberstarzt Prof. Dr. Lothar Zöller
Leiter
Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr
Neuherbergstrasse 11
80937 München
Email: LotharZoeller@bundeswehr.org
Datum: 04.11.2019
