Pathogene Pflanzen: Epidemiologie und Virulenzmerkmale von Prototheken humaner und tierischer Herkunft
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Vertreter der chlorophylllosen Algengattung Prototheca gelten als die einzigen bekannten pflanzlichen Erreger lokaler und systemischer Infektionen von Mensch und Tier. Dabei sind jedoch die Epidemiologie, die Infektionsmechanismen einschließlich der Virulenzdeterminanten sowie die Immunantwort des Wirtes weitgehend unbekannt. Da experimentelle Infektionen mit Umweltisolaten dieser Algen nur sehr schwer oder gar nicht, solche mit klinischen Isolaten dagegen sehr leicht gelangen, müssen jedoch signifikante Virulenzunterschiede innerhalb der Spezies Prototheca (P.) zopfii bestehen. Ziel der geplanten Arbeiten war daher zum einen die Untersuchung der Frage, ob den klinischen Protothekosen beim Menschen und beim Tier ein bestimmter Bio-, oder Genotyp von P. zopfii zugeordnet werden kann. Hierzu erfolgten epidemiologische Untersuchungen mittels Phänotypisierung sowie durch Analysen auf Basis der 18S rDNA. Zum anderen war in weiteres Hauptanliegen der geplanten Arbeiten eine erste grundlegende Charakterisierung von Virulenzmerkmalen und Erreger-Wirt-Interaktionen innerhalb der pathogenen Protothekenspezies P. zopfii (inklusive P. blaschkeae, ehemals P. zopfii Genotyp 3). Ziel war es dabei, in vitro mittels Phagozytose-Assays sowie in vivo anhand von experimentell infizierten Rindern, das Invasionsverhalten und die Phagozytoseresistenz von Prototheken sowie die humorale und zelluläre Immunantwort am Ort des Infektionsgeschehens zu charakterisieren. Die geplanten vergleichenden Untersuchungen zur Epidemiologie, zur Serum- und Phagozytoseresistenz zur Ätiopathogenese von beiden P. zopfii -Genotypen sowie von P. blaschkeae wurden im geplanten Umfang durchgeführt, erfolgreich abgeschlossen und teilweise bereits durch weitergehende Untersuchungen ergänzt. Bei den mit den weltweit zusammengetragenen 325 klinischen Prototheken-Isolaten durchgeführten Untersuchungen wurde offenbar, dass für Protothekosen des Menschen, Rindes und des Hundes offenbar P. zopfii Genotyp 2 die maßgebliche Bedeutung spielt, während P. blaschkeae und P. wickerhamii weitaus seltener und dann meist aus klinisch inapparenten Infektionen isoliert werden konnten. P. zopfii Genotyp 1 spielt demnach in der Epidemiologie von Protothekosen keine Rolle. Bei den Untersuchungen zur Serumresistenz der beiden Genotypen von P. zopfii und von P. blaschkeae wurde eine inhibierende Wirkung spezifischer Antikörper auf die untersuchten Prototheken-Taxa sowohl systemisch im Blutserum wie auch lokal im Milchserum nachgewiesen. Darüber hinaus offenbarten die Untersuchungen niedrige Phagozytoseraten (Monozyten und Granulozyten) bei beiden P. zopfii Genotypen und auch bei P. blaschkeae. Eine Steigerung der Phagozytose-Leistung durch die Opsonierung mit spezifischen Antikörpern konnte dabei nicht beobachtet werden. Bei den durchgeführten vergleichenden experimentellen Infektionen von Milchrindern konnte ebenfalls gezeigt werden, dass P. zopfii Genotyp 2 als der Erreger der klinischen Protothekenmastitis des Rindes anzusehen ist. Der Genotyp 1 von P. zopfii hingegen erwies sich als apathogen, während P. blaschkeae eine Rolle als Auslöser subklinischer Mastitiden zuzukommen scheint. Bemerkenswert war zudem die bei P. zopfii Genotyp 2 regelmäßig beobachte systemische Infektion, das bei Infektion mit P. zopfii Genotyp 2 und P. blaschkeae gefundene ausgeprägte Auftreten eosinophiler Granulozyten sowie die gefundenen Hinweise auf eventuell für die klinischen Stauungserscheinungen verantwortlich zu machende Toxine. Insgesamt konnte durch die im Rahmen dieses Projektes durchgeführten Untersuchungen gezeigt werden, dass P. zopfii Genotyp 2 für die Mehrzahl der klinischen Protothekeninfektionen beim Rind, aber auch beim Hund und beim Menschen verantwortlich gemacht werden kann. Zudem konnte bei diesem Genotyp ein deutlich höheres pathogenes Potential und eine modifizierte Immunantwort verglichen mit dem Genotyp 1 von P. zopfii und P. blaschkeae gefunden werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008): Histological and Immunohistochemical investigations in experimentally induced bovine mammary Protothecosis – preliminary results. Proceedings 41. Jahrestagung Physiologie und Pathologie der Fortpflanzung, Gießen, 28. und 29. Februar 2008, 15-16
Jäger, K., Roth, K., Rösler, U., Sommerfeld, A., Gräfe, H., Schoon, H.-A.
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(2008): Phagocytosis and serum resistance of pathogenic algae of the genus Prototheca. Proceedings Jahrestagung der DVG-FG "Bakteriologie und Mykologie", Braunschweig 25.-27.06.2008
Eidner A., R. K. Straubinger und U. Rösler
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(2008): Prototheca zopfii, Genotyp 2 - Kausales Agens der Protothekenmastitis des Rindes!, Proceedings Jahrestagung der DVG-FG "Bakteriologie und Mykologie", Braunschweig 25.- 27.06.2008
Roth K., K. Jäger, H.-A. Schoon, A. Eidner, A. Sobiraj, U. Truyen, U. Rösler
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(2010): Comparative quantitative proteomics of pathogenic and nonpathogenic Prototheca species. Perspectives in Clinical Proteomics Conference. London/England , 18.-19.3. 2010, Perspectives in clinical proteomics conference proceedings, European Bioinformatics Institute London, Seite P23
J. Murugaiyan, M. von Bergen, U. Rösler
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(2010): Molekulare Epidemiologie der Protothekenmastitis des Rindes. Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft e.V.: Tagung der Fachgruppe "Bakteriologie und Mykologie" Jena, 22.06. - 24. 06. 2010, Verlag der DVG Service GmbH, Gießen, ISBN:978-3-941703-70-4, S. 49
Ahrholdt, J., Rösler, U.
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(2010): Ätiologische Bedeutung von Prototheca zopfii Genotyp 2 bei der Protothekenmastitis des Rindes. Berlin, Freie Univ., Dissertation
Roth K.
