Abbau von Prion-Protein durch die bovine Gastrointestinalflora
42. Kulmbacher Woche - Kurzfassung Vortrag
Zu den Transmissiblen Spongiformen Enzephalopathien (TSE) oder auch Prionen-Erkrankungen gehören u.a. die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD) des Menschen, dieBovine Spongiforme Enzephalopathie (BSE) der Rinder und die Traberkrankheit der Schafe und Ziegen (Scrapie). Diese Gruppe von Erkrankungen ist gerade in den letzten Jahren ins öffentliche Interesse geraten, nachdem ein Zusammenhang zwischen BSE bei Rindern und der neuen Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (vCJD) vermutet wurde. Es handelt sich dabei um übertragbare, tödlich verlaufende Krankheiten, die zu krankhaften Veränderungen des zentralen Nervensystems führen. Als infektiöses Agens vermutet man ein Protein, das so genannte infektiöse Prion-Protein PrPSc (proteinaceous infectious particle), welches die fehlgefaltete Isoform eines natürlich vorkommenden Proteins (PrPC) darstellt.
Während die Aminosäuresequenz der beiden Proteine identisch ist, unterscheiden sich die pathologische und die zelluläre Form des Prion-Proteins in der räumlichen Anordnung am Anteil von β-Faltblattstrukturen. Nach der Prionen-Theorie beruht die Konformationsänderung auf einem Autoreplikationsmechanismus von PrPSc, in dessen Verlauf PrPC in die pathologische Form transformiert wird. Verbunden mit der Strukturänderung ist auch die charakteristische Stabilität von PrPSc gegenüber Hitze, extremen pH-Werten, UV-Strahlung, Desinfektionsmitteln und Proteasen.
Ziel der Studie war es, die Stabilität von PrPSc im Gastrointestinaltrakt von Rindern zu untersuchen, um Aussagen zur Verbreitung und Ausscheidung von TSE-Erregern treffen zu können. Bislang ist nicht bekannt, ob infektiöse Prion-Proteine während der Verdauung durch mikrobielle Prozesse abgebaut und inaktiviert werden. In der Regel werden Proteine aus Futtermitteln im polygastrischen Verdauungssystem der Wiederkäuer nahezu vollständig verdaut. Während 70-90 % der Proteine im Pansen vorwiegend durch Bakterien abgebaut werden, erfolgt ein weiterer Protein-Abbau durch proteolytische Bakterien der Mikroflora im Colon. Um zu überprüfen, ob dies auch auf die Struktur des Prion-Proteins zutrifft, wurde die komplexe Mikroflora des bovinen Gastrointestinaltraktes auf die Fähigkeit des PrPSc-Abbaus getestet.
Hierfür wurden Inkubationsversuche mit den komplexen Pansen- bzw. Coloninhalten von Mastbullen und Scrapie-infizierten Hamsterhirnhomogenaten (Stamm 263K) bzw. BSE-infizierten Rinderhirnhomogenaten durchgeführt.
Die Detektion des Prion-Proteins als Marker für TSE-Erkrankungen erfolgte biochemisch im Immunoblot. Dabei konnte Scrapie-assoziiertes PrPSc nach einer Inkubation von bis zu 40 Stunden sowohl mit Pansen- als auch mit Coloninhalt im Western Blot immunochemisch nicht mehr nachgewiesen werden. Die Detektion erfolgte mittels diverser Antikörper, die an unterschiedlichen Stellen des Prion-Proteins binden. Daraus lässt sich schließen, dass PrPSc vollständig abgebaut wurde.
Um Aussagen über eine Inaktivierung von PrPSc durch die bovine Gastrointestinalflora treffen zu können, wurden Tierversuche durchgeführt und die Infektiosität in den Ansätzen nach der Degradation von PrPSc bestimmt. Obwohl PrPSc im Western Blot immunochemisch nicht detektierbar war, konnte im Bioassay dennoch signifikante Prioninfektiosität nachgewiesen werden. Folglich korrelieren die Resultate der biochemischen Analyse nicht mit denen des Bioassays.
Dies wäre durch eine fehlende Sensitivität der immunochemischen Nachweismethode erklärbar, mit der Folge, dass gewisse Mengen an PrPSc unterhalb der Nachweisgrenze des Western Blots die Infektiosität verursachen. Darüber hinaus könnten aber auch andere infektiöse Moleküle und Strukturen unabhängig von PrPSc vorhanden sein.
Um zu überprüfen, ob entsprechendes auch auf BSE-Prionen zutrifft, wurden analoge Inkubationsstudien mit BSE-infizierten Rinderhirnhomogenaten durchgeführt. Dabei blieb das PrPSc-Signal (BSE) im Western Blot nach bis zu 40stündiger Inkubation von Pansen- und Coloninhalt stabil. Eine anaerobe Langzeitinkubation sowohl mit Pansen- als auch mit Coloninhalt über 6 Tage führte jedoch zu einer PrPSc-Signalreduktion (BSE) im Western Blot. Daraus lässt sich schließen, dass BSE-Prionen im Vergleich zu Scrapie-Prionen resistenter gegenüber bovine gastrointestinale Verdauungsprozesse sind.
Letztendlich kann aufgrund sämtlicher Resultate eine Kontamination der Umwelt durch das Ausscheiden von infektiösen Faeces nicht ausgeschlossen werden. Des Weiteren zeigen diese Daten den Bedarf an alternativen Nachweismethoden bezüglich der Diagnose von TSE-Erkrankungen und hinterlassen Diskussionsbedarf zur tatsächlichen Erregernatur.
Quelle: Kulmbach [ SCHERBEL, Christina und M. GAREIS ]
