Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

In vivo Analyse der oralen Infektion mit biolumineszenten Listeria monocytogenes im Mausmdell

Bergmann, Silke

The gram-positive bacterium Listeria monocytogenes causes invasive, often fatal infections in humans and animals. After oral ingestion Listeria monocytogenes can cross the intestinal, blood-brain, and placental barrier. The intestinal epithelium is the primary site for Listeria monocytogenes infection. Due to a species-specific interaction of the bacterial surface protein Internalin A (InlA) with its receptor E-Cadherin, an infection of murine epithelial-cells, and hence an infection of mice via the oral route of infection is less effective. Substitution of two amino acids in Internalin A increased the affinity of the protein to the murine E-Cadherin receptor. Such modified Listeria strains designated as murinized Listeria strains have the capability to efficiently pass through the murine intestinal barrier and to induce Listeriosis in mice after oral inoculation. In this PhD thesis work, different inbred strains of mice (BALB/cJ, C57BL/6J, A/JOlaHsd, and C3HeB/FeJ) were intragastrically infected with bioluminescent Listeria strains to study bacterial dissemination by non-invasive imaging in vivo. The course of infection was compared between mice infected with the InlA-wildtype LmoEGDe-lux Listeria strain and mice infected with InlA-modified murinized Listeria strain LmoEGDe-mur-lux. Infections with LmoEGDe-mur-lux resulted independent of the host genetic background in more severe Listeriosis disease symptoms as compared to infections with the wildtype LmoEGDe-lux strain, and mice infected with LmoEGDe-lux displayed reduced survival and higher bacterial loads in internal organs. Differences in the systemic dissemination and accumulation of both bioluminescent Listeria monocytogenes strains in internal organs were detected by Bioluminescence-Imaging (BLI). By using a luciferase tagged IFN-β-reporter mouse it was shown that infections with the LmoEGDe-mur-lux strain were associated with a stronger induction of the IFN-β response in several tissues as compared to infections with the LmoEGDe-lux wild-type strain. Importantly, an influence of the murinized Internalin A on listerial invasion of the blood-brain was not detected. Furthermore, the phenotyping of different inbred mouse strains after oral inoculation with murinized and non-murinized Listeria strains revealed genetic differences in host resistance to orally acquired Listeriosis. C57BL/6J mice showed a greater resistance to orally acquired Listeriosis as compared to the other strains. C3HeB/FeJ and A/JOlaHsd mice showed a more pronounced host susceptibility after oral infection, which was reflected by a slower bacterial clearance and reduced survival. Furthermore, the analysis of chemokines and cytokines in the serum after oral infection with Listeria monocytogenes revealed higher concentrations of IFN-γ, CCL2, IL-6, IL-10 and TNF-α in susceptible C3HeB/FeJ mice as compared to resistant C57BL/6J. The bioluminescent Listeria infection challenge model was also employed to study the host response of Interferon-α inducible protein 27 like 2A knock-out (Ifi27l2a-KO) mice. The infection of Ifi27l2a-KO mice with LmoEGDe-mur-lux resulted in a significantly higher bacterial load in the liver and spleen as compared to C57BL/6N wildtyp mice. However, there were no significant differences in the survival rate of both mouse strains detectable.

Das Gram-positive Bakterium Listeria monocytogenes kann schwerwiegende Infektionen in Mensch und Tier auslösen. Nach der oralen Aufnahme sind Listerien in der Lage sowohl die Darmbarriere als auch die Blut-Hirn-Schranke und die Plazentaschranke zu durchqueren. Die Eintrittspforte für Listeria monocytogenes ist das intestinale Epithelium. Aufgrund einer speziesspezifischen Interaktion des Oberflächenproteins Internalin A (InlA) mit seinem Rezeptor E-Cadherin ist die Infektion muriner Epithelzellen und damit eine Infektion der Maus über den oralen Infektionsweg nur schwer induzierbar. Zwei Aminosäuresubstitutionen innerhalb des Internalin A erhöhen die Bindungsaffinität zum murinem E-Cadherin und ermöglichen eine effizientere orale Infektion mit Listeria monocytogenes im Mausmodell. Derart Internalin A modifizierte Listerienstämme werden als murinisierte Listerienstämme bezeichnet. In dieser Arbeit wurden verschiedene Mausinzuchtstämme (BALB/cJ, C57BL/6J, A/JOlaHsd, C3HeB/FeJ) mit biolumineszenten Listerienstämmen oral infiziert, um Infektionsverläufe in vivo nicht invasiv zu analysieren. Verglichen wurden Infektionsverläufe mit dem biolumineszenten InlA-Wildtypstamm LmoEGDe-lux und dem InlA-modifizierten, murinisierten Stamm LmoEGDe-mur-lux. Es konnte ein invasiverer Krankheitsverlauf nach der Infektion mit den murinisierten Listerien im Vergleich zu den isogenen Wildtypstämmen beobachtet werden. Dies resultierte in einer reduzierten Überlebensrate und einer höheren bakteriellen Keimzahl in den inneren Organen. Mit Hilfe des Biolumineszenz-Imaging konnten Unterschiede in der Dissemination und Akkumulation von LmoEGDe-lux und LmoEGDe-mur-lux festgestellt werden. Weiterhin konnte mit Hilfe von IFN-β-Luziferase-Reportermäusen gezeigt werden, dass LmoEGDe-mur-lux eine stärkere IFN-β-Synthese in verschiedenen Geweben im Vergleich zu seinem isogenen Wildtypstamm induziert. Einen Einfluss des murinisierten InlA auf die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke konnte nicht gezeigt werden. Weiter wurde beobachtet, dass die untersuchten Mausinzuchtstämme unterschiedliche Wirtsresistenzen gegenüber oral vermittelter Listeriose aufwiesen. C57BL/6J Mäuse zeigten eine ausgeprägte Resistenz gegenüber der oralen Infektion mit Listeria monocytogenes. Im Vergleich dazu erwiesen sich C3HeB/FeJ und A/JOlaHsd Mäuse als äußerst empfindlich, was in einer geringeren Überlebensrate und einer erhöhten bakteriellen Keimlast resultierte. Parallel zeigte die Analyse der Chemokine und Zytokine bei den empfindlichen C3HeB/FeJ Mäusen eine gesteigerte Produktion von IFN-γ, CCL2, IL-6, IL-10 und TNF-α im Vergleich zu den resistenten C57BL/6J Mäusen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde das biolumineszente Listerieninfektionsmodell auch genutzt, um die Wirtsresistenz von Interferon-α inducible protein 27 like 2A Knock-out Mäusen (Ifi27l2a-KO) zu untersuchen. Im Vergleich zur Wildtypmauslinie C57BL/6N resultierte die Infektion mit LmoEGDe-mur-lux in einer signifikant höheren bakteriellen Keimlast in der Leber und der Milz von Ifi27l2a-KO Mäusen. Jedoch konnten keine signifikanten Unterschiede in der Überlebensrate beider Mausstämme gezeigt werden.

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Bergmann, Silke: In vivo Analyse der oralen Infektion mit biolumineszenten Listeria monocytogenes im Mausmdell. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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