Studies of intestinal barrier functions of common carp, Cyprinus carpio, under feeding modulation and pathogen challenge

Das Epithel, das die mukosale Oberfläche im Darm von Tieren auskleidet, erfüllt wichtige Barrierefunktionen, die die selektive Aufnahme von Nährstoffen und den Transport von Ionen und Wasser ebenso einschließt wie den Schutz der Mukosa und der Gewebe unter der Mukosa vor luminalen Antigenen, Toxinen oder vor pathogenen Eindringlingen. Zur Verbesserung von Fischproduktion und Fischgesundheit in der Aquakultur ist eine umfangreichere Kenntnis über diese unterschiedlichen Funktionen im Darm von Fischen notwendig. In der Aquakultur sind insbesondere die Versorgung der Fische mit hoch verdaulichem, gehaltvollem und preiswertem Futter, der Schutz der Fische vor Infektionserkrankungen bzw. die Behandlung von Infektionserkrankungen Herausforderungen, die die Produktion von Fischen einschließlich des Speisekarpfens seit langem erheblich belasten. Die vorliegende Arbeit untersuchte deshalb den Kotransporter SGLT1 und Intermembran-Proteine aus der Claudin-Familie als zwei wichtige Elemente der intestinalen Barriere, die an der selektiven Permeabilität sowie der Schutzfunktion des Darms beteiligt sind. Untersuchungen in Ussingkammern wurden zur Beschreibung der elektrogenen Vorgänge an isoliertem Darmgewebe von Karpfen, insbesondere der Aktivität von SGLT1 etabliert. Außerdem wurden molekulargenetische, auf PCR basierende Untersuchungen ausgeführt, um das SGLT1 codierende Gen und Claudin codierende Gene zu identifizieren, das Transkriptionsmuster dieser Gene in Karpfengeweben zu beschreiben, sowie um die Modulation der Expression dieser Gene unter Infektion von Karpfen mit Pathogenen oder nach einer Futterumstellung zu untersuchen. Als Versuchsmodelle wurden die Verfütterung des Immunmodulators Beta-Glukan als Futterzusatz, sowie die beiden in der Aquakultur von Karpfen bedeutsamen Pathogene Koi Herpesvirus (KHV) und Aeromonas hydrophila verwendet. Der durch SGLT1 vermittelte Glukosetransport erfolgt bei Karpfen im Mitteldarm, insbesondere im posterioren Abschnitt des Mitteldarms. Weil das SGLT1 codierende Gen als hoch konserviert bekannt ist, weist die Nucleotidsequenz des SGLT1 codierend Gens von Karpfen weist eine hohe Übereinstimmung mit der Nukleotidsequenz des Gens von anderen Fischarten und insbesondere vom Zebrafisch auf. Die mRNA dieses Gens war im Darm, und hier vor allem im vorderen Mitteldarm hoch exprimiert, ebenso wie in der Niere; in geringerem Maße war es in anderen Organen, wie Gehirn, Leber und Kiemen exprimiert. Die Expression dieses Gens war bei Karpfen unter Infektion mit KHV verringert, sie war aber nach einer oralen Verabreichung von Aeromonas hydrophila oder nach einer Futterumstellung nicht verändert. Von acht Claudin codierenden Genen wurden Genfragmente isoliert. Einige dieser Claudin-Genen, wie Claudin-7 und -11 waren in unterschiedlichen Geweben von Karpfen exprimiert, während andere Gene, wie Claudin-2 oder -23 mehr gewebespezifische Expressionsprofile aufwiesen. Bei Karpfen Darm, hatte eine Infektion mit Herpesvirus koi (KHV) eine Erhöhung der mRNA Expression einiger Claudin kodierenden Gene wie Claudin-2, -3, -11, und -23. Eine Umstellung des im Experiment verabreichten Futters hatte eine Erhöhung der Transkriptonsraten von Claudin 3c, -7, -23 und -30 im Enddarm zur Folge und eine Verringerung der Expression von Claudin-2 mRNA im Mitteldarm. Das Verfüttern von Beta-Glukanen beeinflusste die mRNA –Expression der Gene, die für die untersuchten Transmembranproteine kodieren, jedoch nicht. Allerdings schien die Verfütterung von Beta-Glukanen bei Karpfen nach oraler Verabreichung von Aeromonas hydrophila das Auftreten von Entzündungsreaktionen zu verhindern und eine Expression von Claudin-Genen zu beeinflussen. Kurze Zeit nach der Verabreichung der Bakterien war im Darm von Karpfen, die mit einer Diät ohne Beta Glukanzusatz gefüttert wurden, eine erhöhte Transkription von Claudin-11 und -30 zu erkennen, während im Darm von Karpfen, die eine Diät mit Beta-Glukan Zusatz erhielten, Claudin 3c und -23 hochreguliert waren.