Modulation des intestinalen Mikrobioms durch Spulwürmer und Auswirkungen auf das Metabolom
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Spulwurm Ascaris suum ist trotz Einsatz wirksamer Anthelminthika einer der häufigsten Endoparasiten in der Schweinehaltung, der unter anderem durch eine schlechtere Futterverwertung und geringere Gewichtszunahmen ökonomische Verluste verursacht. Ascaris suum stellt auch ein Modell für den menschlichen Spulwurm Ascaris lumbricoides dar, welcher ebenfalls Mangelernährung mit entsprechenden Folgen für die körperliche und geistige Entwicklung insbesondere bei Kindern in benachteiligten Ländern verursacht. Neben einer Modulation der intestinalen Transportphysiologie kann auch eine Veränderung des intestinalen Mikrobioms mit einer Spulwurminfektion einhergehen und zum Nährstoffmangel bei Mensch und Schwein beitragen. Ziel dieses Projektes war eine umfassende Charakterisierung der mikrobiellen und metabolischen Veränderungen über den A. suum- Infektionsverlauf hinweg, um Rückschlüsse hinsichtlich der Interaktionen zwischen Parasit, Mikrobiom und dem Wirtsorganismus zu ziehen. Zu diesem Zweck wurden Infektionsversuche mit A. suum-Eiern durchgeführt, bei denen eine einmalig infizierte und eine über 10 Tage kontinuierlich reinfizierte Versuchsgruppe mittels Kotproben sowie an den Tagen 21, 35 und 49 nach Infektion gewonnenem Darminhalt verglichen wurden. Um zu eruieren, ob die larvale Körperwanderung für die Modulation des intestinalen Mikrobioms und Metaboloms von Bedeutung ist, wurde eine weitere Versuchsgruppe mit adulten Spulwürmern durch direkte Applikation in den Magen infiziert und drei Tage später untersucht. Des Weiteren wurde exkretorisch-sekretorisches (ES) Antigen, die nur über die Kutikula abgegebene Teilfraktion des ES-Antigens (trans-kutikuläres ES-Antigen) sowie kutikuläres somatisches Antigen von adulten Spulwürmern gewonnen, und per Injektion direkt in den Darm von Schweinen eingebracht. Eine Modulation des intestinalen Mikrobioms zeigte sich in allen Versuchsgruppen, wobei diese insbesondere im Caecum ausgeprägt war. Während die mikrobiellen Veränderungen in der einmalig mit A. suum-Eiern infizierten Gruppe transienter Natur schienen, zeigte sich in der Reinfektionsgruppe eine nachhaltigere Beeinträchtigung mikrobieller Netzwerke in den ersten Wochen der Infektion. Darüber hinaus wurde bei beiden Gruppen an Tag 21 p.i. eine Erhöhung, an Tag 35 p.i. hingegen eine Erniedrigung von Produzenten kurzkettiger Fettsäuren (SCFAs) im Caecum beobachtet. Ebenso wurden Veränderungen in der SCFA-Konzentration im Darmlumen sowohl im Infektionsversuch mit A. suum-Eiern als auch nach Eingabe von 30 adulten Spulwürmern beobachtet, jedoch mit unterschiedlicher Ausprägung. Die Reinfektion mit A. suum-Eiern führte zu einer stärkeren Veränderung des metabolischen Profils als die Einfach-Infektion und spiegelte den auf der Ebene des Mikrobioms beobachteten Wechsel von einer erhöhten zu einer erniedrigten Abundanz SCFA-produzierender Taxa wider. Nach Eingabe adulter Würmer wurde eine erhöhte Konzentration von SCFAs im Colon gemessen. Die Beeinflussung des Mikrobioms und die resultierende Auswirkung auf das Metabolom ist also vom Zeitpunkt der Infektion bzw. von den anwesenden parasitären Stadien abhängig. Die Untersuchung von Serumproben bestätigte, dass die beschriebene Modulation der intestinalen Transportphysiologie im Zuge der A. suum-Infektion tatsächlich zu verringerten Alanin- sowie Glucose-Konzentrationen im Serum führt. Analog zu den in einem vorherigen DFG-Projekt durchgeführten transportphysiologischen Messungen sowie den stärker ausgeprägten Veränderungen im Metabolit-Profil der Ingesta wurde dies jedoch nur in der Reinfektionsgruppe beobachtet. Die nach dem Einbringen parasitärer Antigene beobachteten Veränderungen lassen darauf schließen, dass die Modulation des Mikrobioms durch A. suum-Antigene vermittelt wird. Die Tatsache, dass die mikrobiellen Veränderungen nach Einbringen von A. suum-Antigenen relativ geringfügig waren und nicht zu messbaren metabolischen Veränderungen führten, kann auf die einmalige Applikation der Antigene drei Tage vor der Messung – im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Abgabe bei Anwesenheit von lebendigen Parasitenstadien – zurück zu führen sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Modulation des intestinalen Mikrobioms und Metaboloms bei Ascaris suum-infizierten Schweinen. Tagung der DVG-Fachgruppe „Parasitologie und parasitäre Krankheiten“, Online-Tagung, 28.-30.06.2021
Springer, A., Wagner, L., Koehler, S., Issel, N., Klinger, S., Brüggemann, D.A. & Strube, C.
-
Modulation of the intestinal microbiome and metabolome by Ascaris suum infection in pigs. 29th Annual Meeting of the German Society for Parasitology, Bonn, Germany, 15.-17.03.2021
Springer, A., Wagner, L., Koehler, S., Issel, N., Klinger, S., Brüggemann, D.A. & Strube, C.
-
Modulation of the porcine intestinal microbiome and metabolome by Ascaris suum infection. 28th International Conference of the World Association for the Advancement of Veterinary Parasitology, Dublin, Ireland, 19.-22.07.2021
Springer, A., Wagner, L., Koehler, S., Issel, N., Klinger, S., Brüggemann, D.A. & Strube, C.
-
Modulation of the porcine intestinal microbiome and metabolome by Ascaris suum infection. LE STUDIUM Conference - New approaches to get around roundworms, Online-Workshop, 29.11.-01.12.2021
Springer, A., Wagner, L., Koehler, S., Klinger, S., Brüggemann, D.A. & Strube, C.
-
Modulation des Metaboloms Ascaris suum-infizierter Schweine und Zusammenhang mit dem intestinalen Mikrobiom. Tagung der DVG-Fachgruppe „Parasitologie und parasitäre Krankheiten“, Berlin, 23.-25.05.2022
Springer, A., Wagner, L., Koehler, S., Klinger, S., Breves, G., Brüggemann, D.A. & Strube, C.
-
Modulation of the porcine intestinal microbiota in the course of Ascaris suum infection. Parasites & Vectors, 15(1).
Springer, Andrea; Wagner, Liane; Koehler, Sarina; Klinger, Stefanie; Breves, Gerhard; Brüggemann, Dagmar A. & Strube, Christina
-
Modulation of the porcine metabolome by Ascaris suum infection in the context of the host-parasite-microbiota triangle. “Parasitic Helminths - New Perspectives in Biology and Infection”, Hydra, Griechenland, 28.08.-01.09.2022
Springer, A., Wagner, L., Koehler, S., Klinger, S., Breves, G., Brüggemann, D.A. & Strube, C.
