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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001035-4

Angeborene Immunmechanismen bei bakteriellen Infektionen im murinen Modell

  • Für die Bekämpfung bakterieller Infektionen ist das angeborene Immunsystem von essenzieller Bedeutung. Im Rahmen dieser Promotion wurden murine angeborene Immunmechanismen bei systemischer Infektion mit Burkholderia pseudomallei, dem gram-negativen Erreger der Melioidose, sowie pulmonaler Infektion mit dem gram-positiven Erreger Staphylococcus aureus bei genetisch heterogenen BALB/c- und C57BL/6-Mäusen untersucht. Für in vitro-Untersuchungen wurde zunächst im ersten Teil eine Methode zur serumfreien Kultivierung von primären Makrophagen aus murinen Knochenmarkstammzellen unter Verwendung des lipoproteinreduzierten Serumsupplements Panexin® etabliert. Derart kultivierte Makrophagen von BALB/c- und C57BL/6-Mäusen wiesen wichtige Effektor-funktionen wie die Fc-Rezeptor-vermittelte Phagozytose und bakterizide Aktivität auf. Außerdem gelang es, die in der Literatur unter FCS-Bedingungen beschriebenen polarisierten Makrophagen-Phänotypen auch unter serumfreien Bedingungen funktionell nachzuweisen. So wiesen C57BL/6-Makrophagen im Vergleich zu BALB/c-Makrophagen ein deutlich höheres bakterizides Potenzial gegenüber B. pseudomallei auf und produzierten größere Mengen des zytotoxischen Stickoxids, unterschieden sich jedoch nicht in ihrer Fähigkeit, E. coli zu eliminieren. Im zweiten Teil der Arbeit konnte mithilfe dieses standardisierten Zellkultursystems gezeigt werden, dass Caspase-1 bereits in der Frühphase der B. pseudomallei-Infektion IFNγ-unabhängig für die bakterizide Potenz der Makrophagen erforderlich ist, die Caspase-1-Aktivität andererseits im gleichen Zeitraum jedoch eine Zunahme des zytotoxischen Erregereffektes verursacht. Durch die gestörte intrazelluläre Erregerelimination unmittelbar nach Infektion kam es im weiteren zeitlichen Verlauf zur Zunahme des erregerabhängigen Zelltodes, für den in der Literatur allerdings ursächlich auch das Fehlen verzögerter Caspase-1-abhängiger protektiver Effekte diskutiert wird. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Caspase-1 eine essenzielle Bedeutung für die in vivo-Resistenz und Generierung der inflammatorischen Zytokinantwort hat, welche zur Überwindung der akuten Infektion beiträgt. Während die Caspase-1-Expression bei unterschiedlich empfänglichen BALB/c- und C57BL/6-Makrophagen nach Infektion vergleichbar war, könnte die gesteigerte IL-1β-Produktion bei resistenteren C57BL/6-Makrophagen darauf hinweisen, dass unterschiedliche Aktivitäten des Enzyms in Mausstämmen mit unterschiedlichen genotypischen Eigenschaften den Verlauf der murinen Melioidose beeinflussen. Im letzten Teil dieser Dissertation wurde erstmals am Beispiel von BALB/c- und C57BL/6-Mäusen ein vergleichendes S. aureus-Pneumoniemodell entwickelt, bei dem BALB/c-Mäuse neben einer höheren Empfänglichkeit auch eine verminderte Fähigkeit aufwiesen, den Erreger aus der Lunge zu eliminieren. Während neutrophile Granulozyten für das Überleben erforderlich waren und die Organkeimzahlen signifikant zu reduzieren vermochten, steigerten Makrophagen die Mortalität, ohne jedoch Einfluss auf die Bakterienelimination zu haben. Für diese Mortalitätszunahme könnte eine überschießende Zytokinantwort mit der Folge eines Zytokinschocks verantwortlich sein. Schließlich wurde gezeigt, dass das bakterielle sae-Regulon, welches die Expression verschiedener bakterieller Proteine steuert, sowohl für die Virulenz, als auch für die intrapulmonale Persistenz des Erregers in diesem Infektionsmodell von entscheidender Bedeutung ist. Die zu beobachtenden Unterschiede in Mortalität und Organkeimzahlen belegen zugleich, dass das etablierte Mausmodell eine für die Untersuchung bakterieller Virulenzfaktoren ausreichende Sensitivität aufweist.
  • Innate immunity has an essential function in fighting bacterial infections. In this thesis, murine innate immune mechanisms during systemic infection with Burkholderia pseudomallei, but also during pulmonary infection with Staphylococcus aureus were elucidated in genetically heterogenous BALB/c and C57BL/6 mice. In the first part, a method was developed for the serum free cultivation of primary macrophages from murine bone marrow stem cells using the lipoprotein reduced serum supplement Panexin®. Using this method for cultivation, BALB/c and C57BL/6 macrophages exhibited important effector functions like Fc-receptor mediated phagocytosis and bactericidal activity. Different polarisation patterns of macrophages published under FCS-containing media conditions could be confirmed also under these serum free conditions. In the second part, it was shown that caspase-1 on the one hand is essential for the bactericidal activity already in the early phase of B. pseudomallei infection, otherwise increases the cytotoxic effect of the pathogen in the same time period. Caspase-1 is also necessary for resistance in vivo and for generating proinflammatory cytokines. Expression of caspase-1 did not differ in BALB/c and C57BL/6 macrophages, which show different susceptibilities against the pathogen, but macrophages of C57BL/6 mice produced statistically significant more IL-1beta, which could be a hint for different caspase-1 activities in different susceptible mouse strains. In the last part of this thesis, a murine S. aureus pneumonia model was developed comparing BALB/c and C57BL/6 mice. BALB/c mice showed an increased susceptibility and were less able to eliminate S. aureus from the lung than C57BL/6 mice. Whereas neutrophils were necessary for survival, alveolar macrophages increased mortality without having an influence on elimination of the bacteria. This might be due to an overwhelming cytokine response. Sae, a bacterial regulon, is essential for virulence and pulmonary persistance of S . aureus. The established model has a sufficient sensitivity for the characterization of bacterial virulence factors.

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Metadaten
Author: Jens Köhler
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001035-4
Title Additional (English):Murine innate immune mechanisms during bacterial infections
Advisor:Prof. Dr. med. Ivo Steinmetz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2011/07/20
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2011/06/30
Release Date:2011/07/20
Tag:Burkholderia pseudomallei, Caspase-1, Makrophagen, Melioidose
GND Keyword:Angeborene Immunität, Bakterielle Infektion, Lungenentzündung, Staphylococcus aureus
Faculties:Universitätsmedizin / Friedrich-Loeffler-Institut für Medizinische Mikrobiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit