Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Modulation der Muzinproduktion der Schleimhaut des Karpfens (Cyprinus carpio) unter Kontamination des Aquarienwassers mit Aeromonas hydrophila

Behrendt, Nancy

Fish are aquatic animals and have adapted to their special environment in many different ways. An important adaptation was the development of non-keratinized epidermis, which continuously secrets mucus. This mucosal layer with its variety of components plays an important role in the protection against external influences. For instance, high loads of microorganisms can cause health problems, especially in artificial fish raising systems. An ubiquitous organism, which frequently can be found under such conditions, is Aeromonas hydrophila. This germ is often not capable of inducing an infection in unchallenged, good conditioned, and healthy fish. However, it is unclear whether water with a high bacterial load, even without further stressors, is capable of inducing changes in mucin production and the biochemistry of the secreted mucus. In order to investigate this problem, a group of 50 carps (Cyprinius carpio L.) was exposed to A. hydrophila for 24 hours. Samples from 10 individuals were taken at 5 different times (days 1, 3, 7, 13, 20 after exposure). Skin of 4 different fish was utilized for histological and histochemical examinations, which consisted of the determination of epidermis thickness, goblet cell counts as well as a carbohydrate histochemical analyses. Additionally, mucus of 6 carps was isolated and biochemically analyzed. An ammonium bicarbonate solution was used to carefully rinse the skin of freshly dead fish to ensure as accurately as possible that the isolated mucus represented the natural quantity and composition. Subsequently, gel chromatography was utilized in order to separate mucin components based on their size. The terminal glycosylation pattern was analyzed more precisely by a lectin ELISA. It was observed that epidermal thickness was reduced 24 hours after exposure and reached a minimum after 72 hours. The goblet cell count, on the other hand, revealed an increased such cells after the first 24 hours and a decrease again at day three. Carbohydrate histochemistry did not demonstrate any of epithelial mucus contents differences during the course of the experiment. However, a clear reaction could be observed when analyzing the mucus biochemically, whereby a significant increase in mucus quantity could be seen 72 hours after the bacterial contamination in comparison to the control fish. The results of the lectin ELISA showed a variances so that no conclusion about changes in glycosylation pattern could be drawn. The results of the study showed that carp respond upon a short and low bacterial exposition. The experimental fish increased their mucus secretion, which could only be observed histologically and when analyzing the mucus biochemically. No macroscopically and/or microscopically visible changes could be distinguished. The study showed that the mucosal layer of the epidermis of carps is a highly sensitive system, which can react rapidly to environmental changes. The study also highlights that reactions of carp skin, but can be observed as best by biochemical analysis.

Fische leben im Wasser und haben sich dieser besonderen Umwelt mit vielen Spezialisierungen angepasst. Eine wichtige Adaption an diese Umgebung war die Entwicklung einer unverhornten, kontinuierlich Mukus sezernierenden Epidermis. Diese muköse Oberfläche mit ihren verschiedenen Inhaltsstoffen hat eine wichtige Schutzfunktion vor Einflüssen aus dem Wasser. Hohe Belastungen des Wassers, zum Beispiel durch Mikroorganismen, sind besonders in künstlichen Fischhälterungen ein Problem. Ein ubiquitärer Organismus, der hier häufig zu finden ist, ist Aeromonas hydrophila. Dieser Keim löst bei unbelasteten, konditionsstarken und gesunden Fischen meist keine Infektion aus. Es ist jedoch unklar, ob ein bakteriell belastetes Wasser bereits Veränderungen der Muzinproduktionsraten und der Biochemie der sezernierten Muzine zu induzieren vermag. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde eine Gruppe von 50 Karpfen für 24 Stunden mit A. hydrophila exponiert. Anschließend wurden an fünf Versuchstagen (Tag 1,3,7,13,20) je zehn Karpfen entnommen. Die Haut von vier Fischen diente der histologischen und histochemischen Untersuchung. Diese bestand aus Messungen der Epidermisdicke und der Becherzellzahl sowie der Kohlenhydrathistochemie. Zusätzlich wurde Mukus der übrigen sechs Karpfen gewonnen und biochemisch analysiert. Damit der isolierte Schleim möglichst die natürliche Menge und Zusammensetzung zum Zeitpunkt der Entnahme repräsentierte, wurde der Fisch getötet und vorsichtig in einer Ammoniumbicarbonat-Lösung gespült. Anschließend wurden die Muzine durch eine Gelchromatographie nach ihrer Größe aufgetrennt und mittels Lektin-ELISA die terminale Glykosilierung genauer analysiert. Die Epidermisdicke sank 24 Stunden nach der Exposition ab und erreichte nach 72 Stunden ein Minimum. Dagegen stieg die Anzahl der Becherzellen in den ersten 24 Stunden an und reduzierte sich wieder am dritten Tag. Die Kohlenhydrathistochemie zeigte im Laufe des Versuchs keine Veränderungen in der Epidermis. Eine deutliche Reaktion war jedoch nach der Mukusanalyse festzustellen. Hier konnte 72 Stunden nach der Bakterienkontamination eine signifikante Mukuszunahme im Vergleich zu den Kontrollfischen gesehen werden. Die Befunde des Lektin-ELISAs wiesen eine sehr hohe Varianz auf, so dass keine Aussagen zur speziellen Glykosilierung der Muzine getroffen werden konnte. Die Studie zeigt, dass die Epidermis der Karpfen mit ihrer äußeren Schleimschicht ein sensitives System ist und schnell und empfindlich auf Veränderungen der Umwelt reagieren kann. Reaktionen müssen nicht unbedingt makroskopisch und auch nicht zwingend in der Glykokonjugat-Histochemie zu erkennen sein, sondern können sich biochemisch am deutlichsten äußern.

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Behrendt, Nancy: Modulation der Muzinproduktion der Schleimhaut des Karpfens (Cyprinus carpio) unter Kontamination des Aquarienwassers mit Aeromonas hydrophila. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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