Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Interaktion von Aeromonas hydrophila mit der Intestinalmukosa des Karpfens (Cyprinus carpio)

Schroers, Verena

The intestinal mucus gel of carp protects the underlying epithelium against a wide range of noxes and is a barrier for penetrating pathogens. In most infectional diseases the first stage of the pathogenesis is the adherence of the pathogen to those mucosal surfaces. Often the organism reacts to the presence of the bacteria with a modulated mucus secretion. A bacteria that can commonly be isolated during disease outbreaks is Aeromonas hydrophila. This bacteria is considered to be a facultative pathogen, since it does not lead to disease symptoms in conditionally fit fish. Virulence of the bacteria depends on the bacterial strain. In this study, the reaction of the intestinal mucus gel to oral application of two strains of A. hydrophila which differ in virulence (virulent strain 38 and avirulent strain 60) was studied. Therefore quantity, molecular size and terminal glycosylation of mucus after bacteria application were determined. Furthermore it was studied if these and other fish pathogenic bacteria can adhere to intestinal mucus and if this adhesion changes after oral administration of bacteria. It was also studied which structures of intestinal glycoproteins are involved in adhesion. The administration of a sodium chloride solution to carp already induced an altered mucus secretion. The application leads to an increased carbohydrate content and a decreased protein content, compared to untreated animals. This indicates a increased glycosylation of the glycoproteins. After administration of A. hydrophila 60 the content of intestinal glycoproteins increased significantly, as where after administration of A. hydrophila 38 it significantly decreased. After administration of bacteria an increase in small molecules was observed for both strains. This indicates an increased synthesis of glycoproteins. The intestinal glycoproteins appear to have a lower content of β-galactosamine, fucose, mannose and neuraminic acid after application of A. hydrophila 38, as the intestinal glycoproteins of the fish to which A. hydrophila 60 was administered. The virulent A. hydrophila strain 38 had a significantly higher adherence to mucus of untreated carp, as the avirulent strain 60. In contrast to Aeromonas salmonicida, other fish pathogens such as Yersinia ruckeri and Edwardsiella tarda adhered more strongly to the intestinal mucus as the A. hydrophila strains. The ability of the studied bacterial strains to adhere to gut mucus of A. hydrophila treated carp was different. A. hydrophila 38 adhered significantly weaker to mucus after application of A. hydrophila 38 and to gut mucus of carp treated with A. hydrophila 60 significantly stronger as to mucus from control carp. A. hydrophilia 60 showed a stronger binding to mucus after administration of bacteria. The virulent A. hydrophila also had an increased ability of strain to bind mucus of fish, to which LPS was orally administered. Treatment of intestinal glycoproteins with an array of glycosidases showed that bacteria can use several different terminal oligosaccharides of mucus as a binding site. This study shows that different A. hydrophila strains can modulate mucus secretion in the gut of carp in a different way. There are indications that modulation depends on the virulence of the applied A. hydrophila strain. Application of a non-virulent strain leads to an increased mucus secretion and therefore probably to a flushing out of the bacteria, whereas the application of a virulent strain destroys the mucus layer, leaving the intestinal mucosa insufficiently protected for further pathogens. A correlation between the binding ability of infectious bacteria to intestinal mucus of carp and their pathogenicity appears to exist.

Die intestinale Mukusschicht des Karpfens schützt das darunter liegende Epithel vor einer Vielzahl von Noxen und stellt eine Barriere für eindringende Pathogene dar. Der erste Schritt in der Pathogenese der meisten Infektionskrankheiten besteht in der Adhäsion der Erreger an diese mukosalen Oberflächen. Der Organismus reagiert auf das Vorhandensein von Pathogenen, wie Bakterien, mit einer Modulation der Sekretion des Mukus. Ein häufig in Zusammenhang mit Krankheitsausbrüchen bei Fischen isoliertes Bakterium ist Aeromonas hydrophila, das allerdings in konditionsstarken Fischen keine Krankheitssymptome auslöst und daher als fakultativ-pathogen angesehen wird. Es existieren unterschiedlich virulente Stämme des Bakteriums. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Reaktion der intestinalen Mukusschicht von Karpfen auf eine orale Applikation von zwei unterschiedlich virulenten Stämmen von A. hydrophila, den virulenten Stamm 38 und den avirulenten Stamm 60, untersucht. Dazu wurden Menge, Molekülgröße und terminale Glykosilierung sezernierter Glykoproteine nach Bakterienapplikation bestimmt. Außerdem wurde untersucht, ob die eingesetzten Bakterien und weitere für Fische pathogene Keime an den intestinalen Mukus adhärieren können und diese Adhäsion nach vorheriger oraler Applikation von Bakterien verändert ist. Des Weiteren wurde geprüft, welche Strukturen der intestinalen Glykoproteine an der Adhäsion beteiligt sind. Bereits die Applikation von Natriumchloridlösung führte bei Karpfen zu einer veränderten Mukussekretion. Nach der Applikation wurden in Mukusproben im Vergleich zu unbehandelten Tieren ein erhöhter Kohlenhydrat- und ein erniedrigter Proteingehalt gemessen, der auf eine verstärkte Glykosilierung der Glykoproteine hindeutete. Nach Applikation von A. hydrophila 60 erhöhte sich der Gehalt an Glykoproteinen signifikant, während er nach Applikation von A. hydrophila 38 signifikant abnahm. Nach der Applikation der Bakterien fiel allgemein eine Zunahme kleiner Moleküle in Mukus auf. Dieses Ergebnis weist auf eine Neusynthese von Glykoproteinen hin. Die intestinalen Glykoproteine scheinen nach Applikation von A. hydrophila 38 einen geringeren Gehalt an β-Galaktosamin, Fukose, Mannose und Neuraminsäure aufzuweisen, als die intestinalen Glykoproteine der Fische, denen A. hydrophila 60 verabreicht worden war. An Mukus unbehandelter Karpfen zeigte der virulente A. hydrophila Stamm 38 eine signifikant höhere Bindungsfähigkeit, als der avirulente Stamm 60. Andere fischpathogene Bakterien, wie Yersinia ruckeri und Edwardsiella tarda adhärierten – anders als Aeromonas salmonicida - stärker an den intestinalen Mukus, als die A. hydrophila Stämme. An Mukus aus dem Darm von mit A. hydrophila behandelten Karpfen vermochten die untersuchten Bakterienstämme in sehr unterschiedlicher Weise zu adhärieren. A. hydrophila 38 adhärierte an Mukus nach Applikation von A. hydrophila 38 signifikant schwächer und an Mukus aus dem Darm von Karpfen nach Applikation von A. hydrophila 60 signifikant stärker als an Mukus aus Kontrollkarpfen. Die Adhäsionsfähigkeit an Mukus des avirulenten A. hydrophila Stammes 60 verstärkte sich nach vorheriger Applikation von Bakterien. Auch an den Mukus von Fischen, denen oral LPS appliziert worden war, verstärkte sich die Adhäsionsfähigkeit des virulenten A. hydrophila Stammes. Die Behandlung von intestinalen Glykoproteinen mit unterschiedlichen Glykosidasen zeigte, dass verschiedene terminale Oligosaccharide des Mukus von den Bakterien als Bindungspartner genutzt werden. Die Daten dieser Studie zeigen erstmals, dass verschiedene A. hydrophila Stämme die Mukussekretion im Darm von Karpfen in unterschiedlicher Weise zu modulieren vermögen. Es ergaben sich Hinweise, dass die Modulation von der Virulenz der applizierten A. hydrophila Stämme abhängt. Während die Applikation eines nicht virulenten Stammes zu einer verstärkten Mukussekretion und somit wahrscheinlich zu einer Ausschleusung des Erregers führt, wird durch die Applikation eines virulenten Stammes die Mukusschicht zerstört, so dass die intestinale Mukosa vor weiteren Pathogenen nicht ausreichend geschützt ist. Eine Korrelation zwischen der Bindungsfähigkeit bakterielle Infektionserreger an den intestinalen Mukus von Karpfen und deren Pathogenität scheint zu bestehen.

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Schroers, Verena: Interaktion von Aeromonas hydrophila mit der Intestinalmukosa des Karpfens (Cyprinus carpio). Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

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