Untersuchung des möglichen Einflusses von Umweltchemikalien auf die lymphatischen Organe von Schweinswalen aus der Nord- und Ostsee sowie dem Atlantik unter besonderer Berücksichtigung der Zytokin-Expression
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Zusammenfassung
1. Neben hohen Beifangzahlen und einem verminderten Nahrungsangebot sind die Schweinswale der Deutschen Nord- und Ostsee durch die zunehmende Häufigkeit bakterieller und parasitärer Erkrankungen gefährdet. Weiterhin akkumulieren die Wale große Mengen an organischen und anorganischen Schadstoffen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den möglichen Zusammenhang zwischen der Schadstoffbelastung und Veränderungen im Immunsystem der Schweinswale zu untersuchen. 2. Im Literaturteil wird die Taxonomie und Ökologie sowie die aktuelle Situation der Schweinswale in der Nord- und Ostsee dargestellt. Weiterhin werden Studien zur zellulären und humoralen Immunantwort sowie zur Immuntoxizität bei marinen Säugetieren beschrieben. Neben morphologischen Aspekten werden pathologische Veränderungen der lymphatischen Organe verschiedener Wal- und Robbenarten berücksichtigt. Abschließend wird der gegenwärtige Stand der Forschung auf dem Gebiet der Immunphänotypisierung lymphatischer Zellen und der Zytokine bei Meeressäugetieren erläutert. 3. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden 26 monoklonale (mAK) und ein polyklonaler Antikörper (mAK) unterschiedlicher Spezies auf ihre immunhistologische Kreuzreaktivität mit gefrorenen und Formalin-fixierten, Paraffin-eingebetteten lymphatischen Geweben des Schweinswales getestet. T-Lymphozyten wurden durch einen mAK und pAK Anti-CD3-Antikörper sowie durch zwei monoklonale walspezifische Anti-CD2-Antikörper markiert. Ein walspezifischer CD45R-Marker zeigte eine starke Reaktion auf B-Lymphozyten, während T-Lymphozyten eine schwache Reaktion aufwiesen. MHC Klasse II-Antigen, welches durch einen bovinen und walspezifischen mAK erkannt wurde, fand sich auf T- und B-Lymphozyten. Ein kaniner MHC Klasse II-spezifischer mAK reagierte mit Oberflächenantigenen von Antigen-präsentierenden Zellen und B-Lymphozyten. Ein equiner Pan-Leukozytenmarker erkannte die meisten Zellen der T- und B-Zellkompartimente. 4. Zur Untersuchung der zellulären Immunantwort wurden periphere Blutlymphozyten von vier Schweinswalen isoliert. Nach Inkubation mit Concanavalin A (Con A), Phytohämagglutinin (PHA) und pokeweed mitogen (PWM) wurde die Zellproliferation durch BrdU-Inkorporation photometrisch gemessen. Con A und PHA stellten die effektivsten Mitogene dar, während PWM eine vergleichsweise geringe Proliferation der Lymphozyten induzierte. 5. Mittels RT-PCR wurde die Genexpression ausgewählter Zytokine und des Haushaltsgens GAPDH im Lymphozytenstimulationstest untersucht. Durch die selektierten Primer konnte die mRNS von IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, TGF-beta und TNF-alpha in Con A und PWM-stimulierten Zellen detektiert werden. In PHA-stimulierten Zellen konnte keine IL-2-mRNS nachgewiesen werden. IL-10 und GAPDH fanden sich in unstimulierten und stimulierten Zellen. Die Spezifität der Amplifikate wurde durch die DNS-Analyse bestätigt. 6. Gegenstand der Hauptuntersuchungen waren 61 gestrandete und beigefangene Schweinswale aus der Nord- und Ostsee sowie aus isländischen und norwegischen Gewässern. Für die histologische Befunderhebung wurden Formalin-fixierte, Paraffin-eingebettete, HE-gefärbte Gewebsschnitte verwendet. Die Gradierung der Thymusatrophie und Milzdepletion erfolgte anhand morphologischer Kriterien. Weiterhin wurde der Gesundheitsstatus der Tiere aufgrund des Ernährungszustandes und der pathologischen Veränderungen ermittelt. Durch toxikologische Analysen wurden die PCB-, PBDE-, Toxaphen-, DDE- und DDT-Konzentrationen im Fettgewebe quantifiziert. 7. Der Respirationstrakt wies die häufigsten, pathologischen Befunde auf. Gestrandete Schweinswale zeigten einen schlechteren Ernährungs- und Gesundheitszustand als beigefangene Tiere. Weiterhin fand sich eine positive Korrelation zwischen der Thymusatrophie bzw. Milzdepletion und erhöhten PCB- und PBDE-Konzentrationen. Zusätzlich bestand ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Depletion beider Organe und dem Gesundheits- bzw. Ernährungszustand. 8. Mittels Immunhistologie wurden unterschiedlich stark depletierte Thymi und Milzen von 29 Tieren phänotypisch charakterisiert. Zusätzlich wurde mittels semiquantitativer Echtzeit-RT-PCR die Zytokin-Expression in diesen Organen und dem Blut der Tiere gemessen. 9. Die Thymusatrophie war mit einer Depletion der CD2+/CD3epsilon+-Zellen vergesellschaftet. In hochgradig atrophischen Thymi fand sich mit dem bovinen Antikörper eine kortikale MHC Klasse II-Aufregulation. Weiterhin war die Thymusatrophie mit einem Verlust der medullären CD45R- und MHC Klasse II-exprimierenden Zellen verbunden. Die Milzdepletion war durch einen Zellschwund in den Follikeln und der Marginalzone, ohne phänotypische Veränderungen charakterisiert. Jedoch fand sich in der PALS ein selektiver Verlust der CD2+- und CDepsilon+-Lymphozyten. 10. Mittels Echtzeit-RT-PCR konnte mit zunehmender Atrophie eine verminderte Expression von IL-2, IL-4, IL-6, IL-10 und TNF-alpha im Thymus nachgewiesen werden, jedoch zeigte lediglich die Reduktion von IL-6 einen signifikanten Zusammenhang. Die Zytokin-Expression in der Milz wies keine eindeutige Verbindung mit der Depletion auf. In einzelnen intakten und hochgradig depletierten Organen konnte jedoch eine Aufregulation von IL-6, TNF-alpha und TGF-beta festgestellt werden. 11. Die mRNS-Menge von IL-10 im Blut wies einen signifikanten Zusammenhang mit der Milzdepletion auf. Es konnte keine eindeutige Korrelation zwischen der Thymusatrophie und den Zytokinen im Blut festgestellt werden. Jedoch wiesen drei Schweinswale mit hochgradiger Thymusatrophie eine deutliche IL-6-Aufregulation auf. 12. Mit zunehmender Thymusatrophie wird ein T-Zellverlust beobachtet. Die immunphänotypischen Veränderungen sprechen für eine Depletion der unreifen, kortikalen Thymozyten. Weiterhin ist die Reduktion medullärer B-Lymphozyten möglicherweise mit einer gestörten Thymopoese vergesellschaftet. Die Depletion der T- und B-Zellkompartimente in der Milz sowie der selektive Verlust von T-Lymphozyten in der PALS kann als eine Suppression ortständiger Zellen oder eine gestörten Migration aus primären lymphatischen Organen interpretiert werden. 13. Die semiquantitative Echtzeit-RT-PCR stellt ein sensitives Verfahren für den Zytokin-Nachweis dar. Die ausgewählten Zytokine spielen eine Rolle in der Thymopoese und Immunantwort der Schweinswale und der mögliche Zusammenhang mit der Thymusatrophie bzw. Milzdepletion wird diskutiert. Möglicherweise induziert die IL-10-Aufregulation im Blut eine lymphozytäre Suppression in der Milz der untersuchten Wale. 14. Die Untersuchungen unterstützen die Hypothese eines negativen Einflusses von PCB und PBDE auf das Immunsystem der Schweinswale. Jedoch müssen bei der Interpretation weitere immunsuppressive Faktoren wie chronische Erkrankungen und Kachexie der Tiere, welche ebenfalls zu einer lymphozytären Depletion führen können, berücksichtigt werden.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Wettenberg : VVB Laufersweiler 2003