Erreger des Leishmania donovani Komplexes (LDC) verursachen viszerale Leishmaniose (VL), eine der häufigsten durch Sandmücken übertragenen Infektionskrankheiten beim Menschen. Die vorliegende von der EU geförderte Dissertation untersucht die weltweite Populationsstruktur des LDC mit besonderem Schwerpunkt auf dem Indischen Subkontinent (ISC), wo das gehäufte Auftreten von Therapieversagen ein Problem für die geplante Eliminierung von VL darstellt. Zwei hoch diskriminierende molekulare Typisierungsverfahren wurden angewendet. 845 LDC-Isolate wurden mittels Multi-Lokus-Mikrosatelliten-Typisierung (MLMT) charakterisiert. Die Parasiten wurden in Gebieten mit endemischer VL aus unterschiedlichen Wirten isoliert und repräsentieren verschiedene klinische Formen der Leishmaniose. Eine 125 Parasiten umfassende Teilprobe wurde vollständig sequenziert und in einem next-generation Multi-Lokus-Sequenz-Ansatz (ng-MLSA) typisiert, welcher auf der Analyse von genomweiten Single-Nukleotid-Polymorphismen (SNP) beruht. Sowohl die MLMT- als auch die SNP-Daten wurden mit den gleichen populationsgenetischen Methoden ausgewertet. Der ng-MLSA Ansatz bestätigte weitgehend die Populationsstrukturen des mit dem MLMT analysierten größeren Datensatzes, die genetische Struktur korrelierte mit der geographischen Herkunft der Isolate. Die Unempfänglichkeit der Parasiten gegenüber Antimon- oder Miltefosin sowie die in vitro gemessene Resistenz der Isolate vom ISC konnten nicht auf einen spezifischen Genotyp zurückgeführt oder mit einem spezifischen genetischen Merkmal verknüpft werden. Die Gesamtgenomsequenzierung konnte bisher keine Mutationen im Parasitengenom nachweisen, die in Zusammenhang mit der Antimon- und Miltefosin-Unempfindlichkeit bzw. dem Therapieversagen gebracht werden könnten. Analysen basierend auf ausgewählten Sequenzen deuten auf eine variable chromosomale Ploidie und eine erhöhte Kopienzahl einiger Gene hin, die zur Entstehung von Arzneimittelresistenzen beitragen könnten. / Parasites of the Leishmania donovani species complex (LDC) cause most cases of visceral leishmaniasis (VL), one of the most fatal vector-borne parasitic human diseases. As part of an EU funded project, this dissertation has investigated the worldwide genetic population structure of parasites of the LDC, with special focus on the Indian subcontinent (ISC) where unresponsiveness to anti-leishmanial drugs has recently become an urgent problem for the containment of VL. Two types of highly discriminatory approaches have been used. Multi-locus microsatellite typing (MLMT) has been applied to 845 LDC isolates from numerous Old and New World foci of VL, from different clinical forms of the disease and from various hosts. A subset of 125 fully sequenced isolates, reflecting the worldwide distribution of the LDC, was analysed using a next-generation multi-locus sequence approach (ng-MLSA) including single nucleotide polymorphisms (SNP). Both microsatellite and SNP data sets were analysed using, in general, the same population genetic tools. The ng-MLSA approach has, in general, corroborated the population structures obtained with MLMT for the larger data set. With the exception of non MON-1 parasites, the genetic structure revealed was largely associated with the geographic origin of the isolates, but not with the clinical presentation, host specificity and the immune status of the host or year of parasite isolation. Unresponsiveness to antimony or miltefosine treatment as well as the respective resistances measured in vitro could not be linked to a specific genotype or genetic trait. Wg sequencing also failed, so far, to identify mutations, which could be related to the unresponsiveness of LDC isolates from the ISC to antimony and miltefosine therapy. Analyses of selected targets have revealed extensive variation in chromosomal ploidy in all wg sequenced isolates under study and copy number variations for some genes possibly involved in drug resistance.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Sensitivität des Nachweises von Leishmanien in Giemsa-gefärbten Bioptaten aus Hautulzerationen mittels direkter Mikroskopie mit der Sensitivität der ITS1-PCR verglichen. Bei der ITS1-PCR wurde eine Sensitivität von 87 % mit einem positiven predictive value von 100 %, sowie eine Spezifität von 100 % mit einem negativen predictive value von 85 % nachgewiesen. Weiterhin wurden vier verschiedene Nachweismethoden miteinander verglichen: die in vitro Kultivierung in NNN Medium, die direkte Mikroskopie von Giemsa gefärbten Hautbioptaten, die PCR Amplifizierung der ITS1 Region aus auf Filterpapier aufgetragenen Hautbioptaten (FP) sowie die ITS1-PCR von ungefärbten Hautbioptaten (US). Die PCR der US erwies sich als die sensitivste Methode. Die Verbreitung von Leishmanien Arten in Jericho wurde mittels molekularer Epidemiologie untersucht. Die räumliche (Spatial) Analyse zeigte drei statistisch relevante Cluster innerhalb der kutanen Leishmaniose (CL): ein Cluster mit L. major und zwei L. tropica Cluster. Bei der Raum-Zeit–Analyse wurden vier Cluster von Kutanen Leishmaniose, zwei L. major und drei L. tropica Cluster nachgewiesen. Insgesamt 106 Stämme, die aus verschiedenen endemischen Regionen in Zentralasien, im Nahen Osten und Afrika stammen, wurden mit 10 Mikrosatellitenmarkern untersucht. Die Auswertung erfolgte über zwei Analysemethoden: die Distanz-basierte und die Modell-basierte Methode. Anhand der L. major Genomsequenz wurden PCR-Primer zur Amplifizierung von Mikrosatellitenloci von L. major entwickelt, die auf den Chromosomen 1, 3, 5, 21 und 35 liegen. Sieben unterschiedliche L. major Populationen einschließlich zweier genetisch isolierter Populationen im Nahen Osten wurden mit diesen Markern nachgewiesen. / In this study we compared the sensitivity of the diagnosis of Giemsa-stained skin scrapings by standardized graded direct microscopy with that of ITS1-PCR. ITS1-PCR showed a sensitivity of 87% with positive predictive value of 100% and a specificity of 100% with negative predictive value of 85%. In-vitro cultivation using NNN medium and direct smear microscopy of Giemsa-stained slides, PCR amplifying region 1 of internal transcribed spacer (ITS1) using skin scrapings spotted on filter papers (FP) and unstained tissue smears (US) were compared. PCR using US was more sensitive than all other methods Molecular epidemiology was used to study the distribution of Leishmania species in Jericho. Spatial analysis showed three statistically significant clusters of CL, one cluster for L. major and two clusters for L. tropica. In the case of space-time, four clusters for CL, two for L. major and three for L. tropica were detected. A total of 106 strains isolated in different endemic regions of Central Asia, Middle East and Africa were analysed using 10 pairs of microsatellite markers under two cluster methods: distance and model-based. Markers were designed to amplify microsatellite loci identified in the genome sequence of L. major on chromosomes 1, 3, 5, 21 and 35. Seven discrete populations of L. major including two genetically isolated populations in the Middle East were revealed.