Shigatoxin-spezifische Immunglobuline und Ausscheidung von Shigatoxin-bildenden Escherichia Coli bei Kälbern

Abstract

Die Persistenz boviner Infektionen mit Stx-bildenden E. coli (STEC) wird wahrscheinlichdurch die Bildung der Shigatoxine (Stx) begünstigt. Stx wirkt in vitro modulatorisch undsupprimierend auf Zellen des mukosalen Immunsystems des Rindes und verzögert beiimmunologisch naiven Kälbern die Ausbildung einer spezifischen zellulären Immunität nachSTEC-Erstinfektion. Da bei Kühen im Serum und Kolostrum Stx-spezifische Antikörpernachweisbar sind, war es das Ziel der vorgelegten Arbeit, den Transfer kolostralerStx-spezifischer Antikörper auf neugeborene Kälber sowie den Verlauf der humoralenStx-Immunität in den ersten sechs Lebensmonaten der Tiere zu untersuchen. Dabei sollteinsbesondere überprüft werden, ob natürlich infizierte Kälber zum Zeitpunkt der STECErstinfektionüber Stx-spezifische Immunglobuline verfügen. Dazu wurden 33 Kühe sowiederen 35 neugeborene Kälber der Milchviehherde auf dem Lehr- und Versuchsgut der Justus-Liebig-Universität Gießen regelmäßig beprobt. Die STEC-Ausscheidung wurde durch die Detektion von Stx-Genen (stx) im Kot mittelsPolymerase-Kettenreaktion (PCR) untersucht. Insgesamt konnte stx in 195 von 543 (35,91 %)Kälberkotproben nachgewiesen werden. Dabei fanden sich Gene ausschließlich für Stx1 in 33(6,1 %), für Stx2 in 74 (13,6 %), sowie Gene beider Toxintypen in 88 (16,21 %) Proben. Stxkonnte bei allen Kälbern, die wenigstens zehn Wochen lang beprobt wurden, mindestenseinmal und an bis zu 11 aufeinander folgenden Zeitpunkten im Kot nachgewiesen werden. Von 9 Kälbern mit regelmäßiger STEC-Ausscheidung wurden aus stx-positiven Kotproben65 STEC-Stämme isoliert und auf das Vorhandensein der Gene für Stx1 (stx1),Stx2-Subtypen (stx2, stx2c, stx2d, stx2e, stx2f), Intimin (eae) und EHEC-Hämolysin (ehxA)untersucht. Die Isolate wiesen 9 unterschiedliche Virulenzgen-Profile auf. Nach XbaI-Verdauder genomischen DNA sowie Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) konnten 60 Isolate 10STEC-Klonen mit individuellem Makrorestriktionsmuster zugeordnet werden. InAdhäsionsversuchen mit primären bovinen Kolonzellen adhärierten repräsentative Stämme,zum Teil unter Ausbildung von attaching und effacing (A/E)-Läsionen, an die Zellen undbildeten dabei Stx. Der quantitative Nachweis neutralisierender, Stx-spezifischer Antikörper erfolgte mittelsVerozell-Neutralisationstest. Stx1-spezifische Antikörper konnten in den Seren und Kolostrender untersuchten Muttertiere regelmäßig, aber in unterschiedlicher Höhe, nachgewiesenwerden. Kolostrale Stx1-spezifische Antikörper wurden effizient an neugeborene Kälberweitergegeben, bei denen die Antikörper im Serum detektiert werden konnten. Die MengeStx1-spezifischer Serumantikörper sank bei allen Kälbern bereits innerhalb der ersten drei, ineinem Fall innerhalb der ersten vier Lebenswochen in die Nähe der Nachweisgrenze ab. Stx1-spezifische Serumantikörper waren zum Ende des dritten Lebensmonats bei mehr als derHälfte der untersuchten Kälber (14/23) nicht mehr nachweisbar. Bei 9 Tieren, die zu diesemZeitpunkt noch einen Stx1Ak-Titer aufwiesen, war dieser, gemessen am Maximaltiter nachKolostrumaufnahme, bis zu 17,0-fach reduziert. Mit Ausnahme von drei Kälbern sank beiallen untersuchten Tieren der Antikörpertiter innerhalb des Untersuchungszeitraumes anmindestens zwei aufeinander folgenden Entnahmezeitpunkten unter die Nachweisgrenze ab. Stx2-spezifische Antikörper waren lediglich bei 3 der untersuchten Muttertiere in Serum undKolostrum sowie in Serumproben ihrer Jungtiere unmittelbar nach der Geburt undausschließlich in niedrigen Titern nachweisbar.Trotz der häufigen und zumeist lang anhaltenden Ausscheidung von stx1- und stx2-positivenSTEC konnte eine Stx2-spezifische Serokonversion bei keinem, eine Stx1-spezifische Serokonversion bei nur 5 untersuchten Kälbern innerhalb der ersten sechs Lebensmonatenachgewiesen werden. Bei der Untersuchung von Kälber- und Muttertierseren im Immunoblot-Verfahren unterVerwendung von aufgereinigtem Stx1 konnten Stx1-spezifische Immunglobuline der KlassenIgG1, IgG2 und IgA nachgewiesen werden. Sie waren hauptsächlich gegen die A-Untereinheitvon Stx1 gerichtet. StxB1-spezifische Immunglobuline fanden sich dagegen nur in der Hälfteder getesteten Muttertierseren sowie in den postkolostralen Seren ihrer neugeborenen Kälber,nicht aber in Seren von Kälbern, die älter als 19 Wochen waren.Die erstmalige STEC-Infektion von Kälbern scheint demnach unter Feldbedingungen in einenZeitraum zu fallen, in dem ein Großteil der Tiere nicht oder nur über geringe MengenStx-spezifischer Antikörper verfügt. Eine Immunisierungsstrategie auf der Basis des Stxkönnte über die Erhöhung Stx1- insbesondere aber Stx2-spezifischer Antikörpertiter zumSchluss dieser immunologischen Lücke führen. Bovine Immunzellen wären dann zumZeitpunkt der STEC-Erstinfektion vor den modulatorischen und supprimierenden Wirkungendes Stx geschützt. Unter diesen Vorraussetzungen könnte sich unverzüglich eineInfektionsimmunität aufbauen, die die Persistenz der Infektion verhindert.