Charakterisierung der Yersinia enterocolitica-Infektion im Minipigmodell

In Nordeuropa ist Yersinia (Y.) enterocolitica der dritthäufigste bakterielle Erreger von Gastroenteritiden beim Menschen. Die Yersiniose kommt dabei gehäuft bei Kleinkindern vor und kann ernste immunogene Spätfolgen, wie eine reaktive Arthritis oder das Erythema nodosum, hervorrufen. Im Jahr 2011 wurden in Deutschland 3.397 Erkrankungsfälle gemeldet. Y. enterocolitica ist ein in erster Linie durch Lebensmittel übertragener Zoonoseerreger. Das Schwein gilt dabei als Reservoirwirt und rohes Schweinefleisch als Hauptinfektionsquelle für den Menschen. Sowohl in humanen Patienten als auch in Mastschweinebeständen kommt der Bioserotyp 4/O:3 am häufigsten vor. Dennoch konzentrierten sich bisherige Studien auf den Bioserotypen 1B/O:8 und experimentelle Infektionen fanden in erster Linie im Mausmodell statt. Vor diesem Hintergrund wurde im ersten Teil der vorliegenden Arbeit ein Infektionsmodell für Y. enterocolitica im Minipig etabliert, das Studien zur Kolonisation und Infektion von Y. enterocolitica im Schwein ermöglicht. Dieses Minipigmodell zeichnete sich durch sehr gut reproduzierbare Ergebnisse und die Vorteile der Minipigs in Bezug auf Unterbringung und Handhabung der Tiere aus. Das Versuchsdesign und Vergleiche mit früheren Studien in Hybridschweinen lassen eine Übertragbarkeit auf das Infektionsgeschehen in Mastschweinebeständen als sehr wahrscheinlich annehmen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die beiden Serotypen O:3 und O:8 in dem zuvor etablierten Minipigmodell vergleichend untersucht. Dabei konnten deutliche Unterschiede bezüglich der quantitativen und qualitativen Organbelastung, der Ausscheidung mit den Faeces und der Immunantwort festgestellt werden. Während der Serotyp O:8 (YeO:8) Stamm 8081v nur die Tonsillen und, in minimaler Ausprägung, den Darmtrakt der Schweine kolonisierte, konnte der Serotyp O:3 (YeO:3) Stamm Y1 aus allen intestinalen und extraintestinalen Organen reisoliert werden. Zudem wurde YeO:3 von den Tieren länger und häufiger mit dem Kot ausgeschieden und führte zu einer spezifischen Immunantwort, die in mit YeO:8 infizierten Ferkeln ausblieb. Eine mögliche Erklärung für diesen stark unterschiedlichen Phänotyp im Schwein stellt die unterschiedliche Expression des Virulenzfaktors Invasin der beiden Serotypen dar. Die invA-Expression wird durch den Transkriptionsfaktor RovA aktiviert. Im Gegensatz zu YeO:8 exprimiert YeO:3 ein stabileres RovA und verfügt zudem über ein Insertionselement (IS1667) im invA-Promotorbereich. Diese beiden Unterschiede führen zu einer vermehrten Invasinbildung in Y. enterocolitica Serotyp O:3. In Koinfektionsversuchen mit verschiedenen YeO:3-Deletionsmutanten wurden daher im dritten Teil der Arbeit die Auswirkungen der Invasinexpression auf die Infektion des Schweins durch Y. enterocolitica untersucht. Während eine YeO:3 RovA-Stabilitätsmutante, die das weniger stabile RovA des YeO:8 exprimierte, im Vergleich mit dem Wildtypstamm nur eine verminderte Besiedlung des Ileums aufwies, konnte bei einer YeO:3 PinvaΔIS1667-Mutante, der das Insertionselement im invA-Promotorbereich fehlte, eine Attenuierung gegenüber dem Wildtyp in allen Darmabschnitten gezeigt werden. Der Einsatz einer invasinA-Knockout-Mutante (ΔinvA) im Minipigmodell wies schließlich eine deutliche Attenuierung der ΔinvA-Mutante auf. Diese Beobachtungen zeigen, dass Invasin eine wichtige Rolle im Infektionsgeschehen von Y. enterocolitica spielt. Allerdings erklären sie nur teilweise die Unterschiede zwischen YeO:3 und YeO:8, weshalb weitere Unterschiede in der Regulation von Virulenzfaktoren der beiden Serotypen angenommen werden können. Im letzten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wurden die Ergebnisse aus Infektionsversuchen im Minipig mit aus dem Mausmodell stammenden verglichen. Hierbei konnten große Unterschiede zwischen den beiden Wirtsspezies festgestellt werden. Insbesondere YeO:8 zeigte eine sehr unterschiedlich ausgeprägte Virulenz. Auch das Vorhandensein eines stabileren RovAs und des Insertionselements IS1667 bei YeO:3 scheint in der Maus von geringerer Bedeutung zu sein als im Schwein. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse dieser Studien darauf hin, dass der Serotyp O:3 vermutlich besser an das Schwein als Wirtsspezies angepasst ist als YeO:8. Die Unterschiede zum Mausmodell unterstreichen die Bedeutung experimenteller Infektionen im natürlichen Wirt für die Zoonoseforschung.