Die Rolle wirtsspezifischer Faktoren bei der Entwicklung einer tierindividuellen intestinalen Mikrobiota bei Monogastriden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Bakterien der intestinalen Mikrobiota beeinflussen die Physiologie des Wirtes in vielfältiger Weise. In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass kommensale Darmbakterien beim Menschen nicht nur zur Gesundheit des Wirtes, sondern auch zur Entstehung von Erkrankungen, wie z.B. chronischen Darmentzündungen und dem Metabolischen Syndrom, beitragen. Eine Möglichkeit zur Behandlung dieser Zivilisationskrankheiten könnte in der gezielten Manipulation der intestinalen Mikrobiota bestehen. Bei monogastrischen Nutztieren könnten durch eine solche Manipulation nicht nur der Gesundheitszustand der Tiere, sondern auch zootechnische Parameter und folglich die Leistung der Tiere beeinflusst werden. Ein Problem bei der Umsetzung solcher Konzepte besteht darin, dass die intestinale Mikrobiota bei Mensch und Tier wirtsspezifisch zusammengesetzt und stabil gegenüber exogenen Einflüssen ist. Die Kenntnis von Wirtsfaktoren, welche hierbei eine Rolle spielen, ist folglich von großer Bedeutung für die Entwicklung entsprechender Ansätze zur Beeinflussung der Mikrobiota. Zu Beginn des Forschungsvorhabens lag die Vermutung nahe, dass die Toll-like Rezeptoren TLR2 und TLR 4 als Rezeptoren des Immunsystems eine Rolle bei der individuellen Zusammensetzung der intestinalen Bakteriengemeinschaften spielen. Diese Rezeptoren erkennen Zellwandbestandteile Gram positiver bzw. Gram negativer Bakterien und die Aktivierung der Rezeptoren kann zur Transkription proinflammatorischer Gene führen; spezifisch erkannte Bakterien könnten in der Folge aus dem Darm eliminiert werden. Um den Einfluss von TLR2 und TLR4 auf die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota zu überprüfen, wurden keimfreie Mäuse des Inzuchtstammes C57BL/10 mit einer Deletion der Gene für TLR2 und TLR4 (TLR2/4-/-) und die entsprechenden Wildtypen mit der intestinalen Mikrobiota eines einzelnen Spendertieres konventionalisiert. Um andere, bis dato nicht zu spezifizierende Wirtsfaktoren, in die Untersuchung einzubeziehen, wurden auch keimfreie Tiere der Stämme C3H und BALB/c mit dem identischen Inokulum assoziiert. Bei dieser Auswahl der Inzuchtstämme wurde auf unterschiedliche MHC-Haplotypen geachtet, da Hinweise auf eine Rolle von Molekülen des "major histocompatibility complex" (MHC) und folglich der Antigenpräsentation bei der Entwicklung einer individuellen Mikrobiota vorlagen. Bei dieser Untersuchung wurde kein Einfluss von TLR2 oder TLR4 auf die Zusammensetzung der Mikrobiota festgestellt. Allerdings zeigten sich stammspezifische Besiedlungsmuster, welche als weitere Hinweise für die Bedeutung von Wirtsfaktoren und insbesondere des MHC-Haplotypen zu werten sind. Um diese Wirtsfaktoren näher zu charakterisieren, wurde von Mäusen der Stämme C57BL/10 und C3H, welche die größten Unterschiede hinsichtlich ihrer intestinalen Besiedlungsmuster aufgewiesen hatten, Colonmukosa gewonnen. Aus diesem Material wurde RNA und Protein gewonnen und zur Analyse der Gen- bzw. der Proteinexpression eingesetzt. Bei der Untersuchung der Genexpression wurde eine erhöhte Expression von Genen des MHC bei C57BL/10 Mäusen beobachtet, was einen möglichen Einfluss der Antigenpräsentation auf die Besiedlung des Darms bestätigt. Außerdem wurden Unterschiede bei der Expression von Genen beobachtet, die für sekretorische Proteine mit antimikrobieller Wirkung codieren. Die Proteomanalyse zeigte eine differentielle Expression von Proteinen, mit immunologischen Funktionen. Diese Proteine gehören zu den Pentraxinen, Lektinen und Phospholipasen. Eine Gruppe von Proteinen, die bei Mäusen des Stammes C57BL/10 höher exprimiert wurde, ist an der Bildung von Disulfidbrücken und an der Faltung von Proteinen im endoplasmatischen Retikulum beteiligt. Da sekretorische Proteine reich an Disulfidbrücken sind, ist dieses als ein weiterer Hinweis für deren Einfluss auf die intestinalen Mikrobiota zu werten. Das Proteom der Colonmukosa von C3H Mäusen zeigt hingegen eine erhöhte Expression von Enzymen, welche mit Redoxsystemen der Zelle in Verbindung stehen. Die Untersuchungen bestätigen einen Einfluss von Wirtsfaktoren auf die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota. Es wurden weitere Hinweise auf eine besondere Bedeutung der Antigenpräsentation durch Moleküle des "major histocompatibility complex" gefunden. Außerdem könnte eine wirtsspezifische Expression sekretorischer Proteine mit antimikrobieller Wirkung die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota beeinflussen. Hier müssen weiterführende Untersuchungen für Klarheit sorgen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008). The Toll-like receptors TLR2 and TLR4 do not affect the intestinal microbiota composition in mice. Environ Microbiol 10:709-715
Loh G., Brodziak F., Blaut M.
