Large roundworm induced malabsorption: modulation of intestinal porcine nutrient transport
Final Report Abstract
Der Spulwurm Ascaris suum ist trotz Einsatz wirksamer Anthelminthika einer der häufigsten Endoparasiten in der Schweinehaltung, der unter anderem durch eine schlechtere Futterverwertung und geringere Gewichtszunahmen ökonomische Verluste verursacht. Ascaris suum stellt auch ein Modell für den menschlichen Spulwurm Ascaris lumbricoides dar, welcher ebenfalls Mangelernährung, insbesondere bei Kindern, verursacht. Als Ursache der verminderten Nährstoffverwertung wird eine durch exkretorisch-sekretorische Parasitenantigene vermittelte Beeinträchtigung der Transportvorgänge im Darmepithel vermutet. Ziel des Projektes war es, Beeinträchtigungen der intestinalen Nährstoffresorption als Folge der A. suum-Infektion des Schweins funktionell und strukturell zu charakterisieren und mögliche ursächliche und reaktive Mechanismen auf molekularer Ebene zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden Infektionsversuche mit A. suum-Eiern durchgeführt, bei denen eine einmalig infizierte und eine über 10 Tage kontinuierlich reinfizierte Versuchsgruppe an den Tagen 21, 35 und 49 nach Infektion(-beginn) verglichen wurden. Um zu eruieren, ob die larvale Körperwanderung für die Manipulation des Nährstofftransports von Bedeutung ist, wurde eine weitere Versuchsgruppe mit adulten Spulwürmern durch direkte Applikation in den Magen infiziert und drei Tage später hinsichtlich des Nährstofftransports untersucht. Des Weiteren wurde exkretorisch-sekretorisches (ES) Antigen, die nur über die Kutikula abgegebene Teilfraktion des ES-Antigens (trans-kutikuläres ES-Antigen) sowie kutikuläres somatisches Antigen von adulten Spulwürmern gewonnen, und per Injektion direkt in den Darm von Schweinen eingebracht. Der Effekt von ES-Antigen und somatischem Antigen auf die Transportvorgänge wurde darüber hinaus durch in vitro-Inkubation der Antigene mit porciner Darmschleimhaut untersucht. Die erwartete parasitär bedingte Hemmung des Nährstofftransports zeigte sich eindrucksvoll im in vitro-Versuch nach kurzzeitiger Inkubation der Darmschleimhaut mit A. suum-ES- Antigen. Die Infektionsexperimente sowie in vivo-Versuche mit A. suum-Antigenen lieferten hingegen weniger eindeutige Ergebnisse. Nach Infektion mit A. suum-Eiern zeigten die funktionellen Untersuchungen lediglich bei der Reinfektionsgruppe an Tag 49 einen gehemmten Nährstofftransport. Dies lässt vermuten, dass die an Tag 21 und 35 vorhandenen immaturen Stadien noch keine prägnante Modulation der intestinalen Transportphysiologie verglichen mit adulten Stadien verursachen. Die beobachteten Veränderungen auf Transkriptions- sowie Expressionsebene konnten die beobachteten funktionellen Veränderungen nicht gänzlich erklären. Bei den mit adulten A. suum infizierten Schweinen zeigten sich keine signifikanten Veränderungen im Vergleich zur Kontrollgruppe, obwohl verschiedene Transport-assoziierte Gene vermindert transkribiert wurden. Dagegen ergaben sich bei den Antigen-exponierten Schweinen unerwarteterweise gesteigerte Transportraten und eine Aufregulierung am Transport beteiligter Gene in vorderen Dünndarmabschnitten. Dies könnte sich durch eine Gegenregulation des Wirtsorganismus nach einer erfolgten Transporthemmung erklären. Insgesamt zeigte sich, dass von adulten A. suum gewonnene Antigene die intestinale Transportphysiologie beeinflussen, die im Wirtsorganismus beobachteten Effekte jedoch sowohl vom Untersuchungszeitpunkt als vermutlich auch von der Antigenkonzentration abhängen. Somit sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der zugrundeliegenden Mechanismen und der Konsequenzen für den Gesamtmetabolismus zu vertiefen.
Publications
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(2020) Experiments on transport physiology in the small intestines of pigs in response to experimental Ascaris suum infection. 29th Annual Meeting of the German Society for Parasitology, Bonn, Germany, 15.-17.03.2021
N. Issel, S. Labuhn, A. Springer, S. Klinger, C. Strube, G. Breves
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(2021) Ascaris suum nutrient uptake and metabolic release, and modulation of host intestinal nutrient transport by excretory-secretory and cuticle antigens in vitro. Pathogens 10:1419
S. Koehler, A. Springer, N. Issel, S. Klinger, M. Wendt, G. Breves, C. Strube
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(2021) Beeinflussung des intestinalen porcinen Nährstofftransports durch adulte Spulwürmer (Ascaris suum) sowie deren Antigene. Tagung der DVG-Fachgruppe „Parasitologie und parasitäre Krankheiten“, Berlin, Germany, 28.-30.06.2021
S. Koehler, N. Issel, A. Springer, S. Klinger, M. Wendt, G. Breves, C. Strube
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(2021) Changes in porcine nutrient transport physiology in response to Ascaris suum infection. Parasites & Vectors 14:533
S. Koehler, A. Springer, N. Issel, S. Klinger, C. Strube, G. Breves
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(2021) Effects on intestinal nutrient transport by adult roundworms (Ascaris suum) and their antigens in pigs. 29th Annual Meeting of the German Society for Parasitology, Bonn, Germany, 15.-17.03.2021
S. Koehler, N. Issel, A. Springer, S. Klinger, M. Wendt, G. Breves, C. Strube
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(2021) New insights on intestinal nutrient transport during Ascaris suum infection and effects of A. suum antigens in pigs 28th International Conference of the World Association for the Advancement of Veterinary. Parasitology, Dublin, Ireland, 19.-22.07.2021
S. Koehler, N. Issel, A. Springer, S. Klinger, M. Wendt, G. Breves, C. Strube
