Infection of differentiated epithelial cells by viruses of the bovine respiratory disease complex

Die Enzootische Bronchopneumonie (oder Rindergrippe-Komplex) ist eine Infektionskrankheit des Respirationstraktes bei Rindern, die multifaktoriellen Ursprungs ist. Neben zahlreichen viralen und bakteriellen Erregern tragen auch der Immunstatus des Tieres sowie Umweltbedingungen zum Schweregrad der Erkrankung bei. Wichtige Viren sind das bovine respiratorische Synzytialvirus (BRSV), das bovine Parainfluenzavirus 3 (BPIV3) sowie das bovine Herpesvirus 1 (BHV-1). Das Ziel dieser These war es, die Empfänglichkeit von bovinen primären Lungenepithelzellen gegenüber den obig genannten Viren zu untersuchen sowie deren Strategien zum Ein- und Austritt aus dem Epithelgewebe zu analysieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden zwei Kultursysteme für primäre respiratorische Epithelzellen genutzt, die zuvor in unserer Arbeitsgruppe etabliert worden waren: Zum einen handelt es sich hierbei um das Air-liquid interface (ALI)-System, in dem Zellen aus der Rinderlunge isoliert und anschließend auf Filterkultureinsätzen zur Ausdifferenzierung gebracht werden. Als Vergleichskultur wurden Lungenpräzisionsschnitte (PCLS; precision-cut lung slices) verwendet. Diese Schnitte haben den Vorteil, dass die respiratorischen Epithelzellen im ursprünglichen Gewebeverband verbleiben und zudem für mindestens eine Woche vital sind. Infektionsversuche zeigten, dass die drei Viren unterschiedliche Infektionsstrategien verfolgen: BPIV3 infizierte die zilientragenden Epithelzellen sehr effizient und replizierte zu hohen Titern. Des Weiteren ist die Infektion lokal ausgeprägt und war abhängig von der Gegenwart von Sialinsäuren auf der Zelloberfläche. Im Gegensatz dazu waren die Epithelzellen resistent gegenüber einer Infektion mit BHV-1. Diese Resistenz konnte jedoch überwunden werden, wenn den Viren Zugang zur basalen Seite des Epithels verschafft wurde, z.B. durch chemische oder manuelle Eingriffe. Zudem konnte gezeigt werden, dass nicht die differenzierten Epithelzellen selbst infiziert wurden, sondern die Basalzellen, die als Vorläuferzellen der differenzierten Epithelzellen fungieren. Wie schon in vorherigen Studien beschrieben wurde, hatte das Flimmerepithel nur eine geringe Empfänglichkeit gegenüber einer BRSV-Infektion; diese Unempfänglichkeit konnte nicht durch die oben bei BHV-1 beschriebenen Eingriffe am Epithel überwunden werden. Durch Infektion der Lungenpräzisionsschnitte wurde deutlich, dass subepitheliale Zellen sehr effizient durch BRSV infiziert wurden; bei diesen Zellen könnte es sich um dendritische Zellen handeln. Zudem stellte sich heraus, dass Typ-I- und Typ-II-Pneumozyten sehr empfänglich für eine BRSV-Infektion sind. Es wird angenommen, dass auch kleine Wiederkäuer wie Ziegen durch Viren des Rindergrippe-Komplexes infiziert werden und somit als Virusquelle dienen können. Um diese Thematik zu untersuchen, wurde ein Kultursystem für enddifferenzierte Epithelzellen aus der Ziegenlunge etabliert: caprine Lungenpräzisionsschnitte.  Infektionsversuche mit den obig genannten Viren zeigten, dass die Infektionsstrategien ähnlich waren wie im bovinen System sowie gleiche Zielzellen infiziert wurden. Zudem wurde deutlich, dass die Infektion mit BPIV3 und BRSV ähnlich effizient war wie in den bovinen Kultursystemen; die Infektion mit BHV-1 benötigte jedoch einen zehnfach höheren Titer. Auch hier waren die Basalzellen Ziel der Infektion. Diese Ergebnisse zeigen auf, dass auch nicht-bovine Wiederkäuer als Reservoir für Viren des Rindergrippe-Komplexes dienen können und somit bei Interventionsmaßnahmen berücksichtigt werden sollten.