Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Gesche Nommensen

Untersuchungen zum Invasions- und Kolonisationsverhalten von Campylobacter-jejuni- und Campylobacter-coli-Stämmen unterschiedlicher Herkunft beim Göttinger Minipig

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-105148

title (engl.)

Investigations on the invasion and colonization behavior of Campylobacter jejuni and Campylobacter coli strains of different origin in Goettingen Minipigs 

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/nommenseng_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Das Ziel der Arbeit war es, anhand von In-vivo- und In-vitro-Versuchen das Invasions- und Kolonisationsverhalten von mit der MLST-Methode typisierten C.-coli- und C.-jejuni-Stämmen verschiedener Herkunft zu untersuchen. Die Auswahl von Stämmen porcinen und aviären Ursprungs wurde vor allem in Hinblick auf eine mögliche Beeinflussung der Kolonisationsfähigkeit im Schwein durch Adaptation an den Ursprungswirt getroffen.  Da die Versuchstiere vor Beginn der Studie positiv auf C. lanienae getestet wurden, konnte dieser Erreger ebenfalls in die Untersuchung mit einbezogen werden. Nach erfolgter Infektion von Göttinger Minipigs wurde durch Keimzahlbestimmung in Kot und Ingesta sowie durch einen qualitativen Nachweis in den verschiedenen Darmsegmenten, Leber und Lymphknoten der Ausscheidungsverlauf und die Lokalisation der Stämme bestimmt. Außerdem sollte eine Koinfektion mit C. coli und C. jejuni Aufschluss über eine Wechselwirkung auf die Kolonisation geben. Die Untersuchung der in der Koinfektion verwendeten C.-coli- und C.-jejuni-Stämme mithilfe der AFLP sollte zudem zeigen, inwieweit eine genetische Veränderung der Stämme nach Passage durch das Schwein stattfindet. Der Einsatz des Gentamicin-Protection-Assays und des Swarm-Plate-Assays ermöglichte die Bestimmung der In-vitro-Invasionspotenziale der Stämme. Durch den quantitativen sowie semiquantitativen Nachweis der Bakterien im Kot und in der Ingesta konnten die Vor- und Nachteile dieser beiden Methoden evaluiert werden. 

 

Durch die artifizielle Infektion von Göttinger Minipigs mit C.-coli- und C.-jejuni-Stämmen unterschiedlicher Herkunft konnte gezeigt werden, dass eine Kolonisation im Schwein hervorgerufen werden kann und das Infektionsmodell sich auch in Zukunft für Untersuchungen von Campylobacter-Infektionen am Schwein nutzen lässt.

 

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die eingesetzten Campylobacter-Stämme in ihrem Potenzial, das Schwein zu kolonisieren, unterscheiden, wobei Unterschiede sowohl in der Invasivität als auch in der Lokalisation der Besiedelung der Darmabschnitte auftraten. Die Reisolation der Stämme aus der Ingesta und aus Organproben der Darmsegmente ergab, dass sowohl die eingesetzten C.-coli-Stämme, unabhängig von ihrer Herkunft, wie auch die C.-lanienae-Stämme eine deutliche Präferenz zur Kolonisation des Dickdarms aufwiesen, wohingegen der C.-jejuni-Stamm eher die proximalen Anteile des Intestinaltraktes kolonisierte. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass die alleinige Untersuchung des Kots nicht ausreichend ist, um den Kolonisationsort von Campylobacter spp. im Darm des Schweins zu bestimmen.

 

Aufgrund der Dominanz von C. jejuni in der Ingesta und den Gewebeproben verschiedener Darmabschnitte im Gegensatz zu geringen Nachweisen von C. coli in den Gewebeproben und einer späteren Ausscheidung im Versuchsverlauf ist anzunehmen, dass es bei einer Koinfektion beider Stämme zu einer Verdrängung von C. coli kam. Möglicherweise erschwerte die Ansiedlung von C. jejuni eine weitere Kolonisation durch C. coli.

 

Die Ergebnisse der Kotproben lassen annehmen, dass der C.-jejuni-Stamm ein eher geringes Kolonisationspotenzial im Schwein besitzt. Die Untersuchungsergebnisse der Ingesta und Darmsegmente hingegen deuten auf eine stabile Kolonisation hin. Zudem erfolgte eine Dissemination zu inneren Organen, welches auf ein invasives Verhalten hindeutet. Dies zeigt, dass die alleinige Untersuchung von Kotproben nicht ausreichend ist um das Kolonisationspotenzial eines Stammes zu beurteilen. 

 

Auch in vitro zeigte der C.-jejuni-Stamm von den Infektionsstämmen die höchste Invasivität und Motilität. C. lanienae hingegen zeigte sich in vitro insgesamt wenig invasiv und motil, was die als gering eingestufte Invasivität in vivo bestätigt und zudem auf eine geringe pathogene Bedeutung für den Menschen hindeutet.

 

Die Ergebnisse der AFLP-Analyse zeigen, dass es sowohl bei dem C.-jejuni- als auch bei dem C.-coli-Stamm der koinfizierten Tiere nach Passage durch das Schwein zu einer deutlichen genetischen Differenzierung kam. 

 

Aus den Ergebnissen der quantitativen und semiquantitativen Methode, zum Nachweis der Campylobacter-Stämme in Ingesta und Kot kann geschlussfolgert werden, dass Verfahren  die mit einer Anreicherung der Bakterien in Nährmedium einhergehen, stammabhängig einen Einfluss auf das Keimzahlergebnis haben können. Es sollte demnach in Vorversuchen evaluiert werden, welche Methode bzw. Medien für den Nachweis der eingesetzten Stämme geeignet sind.

 

Laut MLST-Datenbank besitzen die STs aller drei Infektionsstämme humanmedizinische Relevanz, was bedeutet, dass das Schwein als Träger und somit auch als Ansteckungsquelle für den Menschen nicht auszuschließen ist. Durch die MLST-Typisierung der Infektionsstämme des vorliegenden Versuchs wird eine studienübergreifende Charakterisierung dieser Stämme ermöglicht, und die Ergebnisse dieser Untersuchung liefern einen Beitrag zur Erforschung des noch in vielen Bereichen unbekannten Kolonisationsverhaltens von Campylobacter spp.

abstract (englisch)

The objective of this study was to investigate the colonization and invasion behavior of defined C. coli and C. jejuni strains of different origin. For this purpose in vivo and in vitro experiments were performed on strains typed by the MLST method. Strains of porcine and avian origin were chosen in regard to a possible influence on the colonization of pigs due to an adaptation to their original host. The experimental animals were tested positive for C. lanienae prior to the experiment, allowing this species to be included as well. After inoculation of Goettingen Minipigs, colony count from faeces, ingesta as well as quantitative detection in tissue samples of the different intestinal segments, liver and lymphnodes was performed in order to determine the excretion kinetics and localize the strains. Animals were coinfected with C. coli and C. jejuni in order to investigate a possible interaction within the host. To detect a potential genetic modification, the AFLP method was applied to strains reisolated from coinfections. Invasion potential of the infection strains and C. lanienae were analyzed by using the gentamicin protection and swarm plate assay. Quantitative and semiquantitative analysis of bacteria in faeces and ingesta allowed for the evaluation of the advantages and disadvantages of these two methods. 

 

By infecting Goettingen Minipigs with C. jejuni and C. coli strains of different origin, this study demonstrates that colonization of pigs by these strains is possible and also shows the suitability of pigs as experimental animals for this purpose. 

 

Results show that the inoculated Campylobacter strains differ in their ability to colonize the intestine of pigs, primarily differing in localization in the intestine and in invasiveness. Reisolation of bacteria from ingesta and organ samples from the different intestinal segments demonstrate that the inoculated C. coli strains as well as C. lanienae preferentially colonize the large bowel, whereas C. jejuni seems to preferentially colonize proximal parts of the intestine. Results also indicate that sampling only ingesta is insufficient for determining the localization of Camplobacter spp. in the pig’s intestine.

 

Because of the dominance of C. jejuni in ingesta and samples of different intestinal segments and the underrepresentation of C. coli in intestinal samples as well as a later excretion found in coinfected animals, one might reason that C. jejuni is capable of replacing C. coli or perhaps of inhibiting its colonization.

 

The results of the faecal samples indicate that the C. jejuni strain colonized the pig’s intestine only insufficiently. Results of ingesta and organ samples of the intestinal segments however suggest a good colonization potential. Furthermore, the strain disseminated to internal organs, indicating an invasive behavior in pigs. This data also shows that sampling only faeces is insufficient for evaluating the colonization potential of Campylobacter spp.

 

In in vitro experiments the C. jejuni strain also showed the highest motility and invasiveness. However, C. lanienae showed a rather low motility and invasiveness confirming the results obtained in vivo and furthermore indicating a low pathogenic potential in humans.

 

The results of the AFLP analysis show that the C. jejuni and C. coli strain underwent distinct genetic modification after passage through the pig’s intestine during coinfection.

 

The evaluation of the quantitative and semiquantitative method for detection of the Campylobacter strains revealed that enrichment in culture medium influences the results of bacterial count, therefore method and choice of medium should be regarded.

 

According to the information obtained from the MLST database, all three infection strains possess the potential to cause human disease, indicating that pigs are possible sources of infection. Furthermore MLST data allows for cross-studied characterization, and results of this experiment provide an important contribution to research on the colonization behavior of Campylobacter spp.

 

keywords

Campylobacter, Infektionsversuch, Kolonizationsverhalten, campylobacter, experimental infection, colonization behavior 

kb

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