Die orale Deoxynivalenol-Exposition von Schweinen moduliert die pathophysiologische Wirkung eines nachgelagerten LPS-Stimulus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Schimmelpilze der Gattung Fusarium befallen Getreide bereits vor der Ernte auf dem Feld und führen nicht nur zu Ertragseinbußen, sondern synthetisieren Mykotoxine. Das Trichothecen Deoxynivalenol (DON) ist aufgrund des Vorkommens in toxikologisch relevanten Konzentrationen von besonderer Bedeutung. Da das Schwein besonders empfindlich gegenüber DON ist, wurden umfangreiche in vivo und ex vivo Studien durchgeführt. Die Reaktion auf DON wurde auch im Kontext der systemischen Applikation von Lipopolysaccharid (LPS) analysiert. Die Versuche wurden mit wachsenden Schweinen (Lebendmasse zu Versuchsbeginn: 25.8 ± 3.7 kg) durchgeführt, beginnend mit einem 4-wöchigen Fütterungsversuch gefolgt von einer 1-stündigen Challenge (LPS-Injektion) mit nachfolgend sequenzieller Entnahme von portal-venösem und jugularem Blut. Interessanterweise ist die durch LPS induzierte klinische Symptomatik am deutlichsten nach der posthepatischen Applikation von LPS (i.v., V. jugularis) bei Tieren, die DON gefüttert waren. Dabei induzierte LPS eine Stauungsleber, histologisch wurden Nekrosen und Leukozyteninfiltrate beobachtet. Nach zentraler LPS-Infusion bei DON-gefütterten Tieren wurden die stärksten Veränderungen der funktionellen Leberwerte (Anstieg von Alkalische Phosphatase und Bilirubin, Reduktion des Gesamt-Proteins) gefunden. Überraschenderweise war die Funktion der Lebermitochondrien, die umfangreich untersucht wurde, weder durch DON noch durch die LPS-Applikation beeinträchtigt. Bei der Untersuchung der Genexpression wurde eine Induktion der Immunantworten und eine Reduktion des Stoffwechsels nach LPS-Applikation beobachtet; vergleichbare Ergebnisse ergaben sich bei der biochemischen Untersuchung der Synthese von Proteinen der Leber und des Darmes. Bei diesen Resultaten spielte der Applikationsort des LPS keine Rolle. Im Rahmen der Studie wurde auch Einfluss der der DON-Fütterung ohne LPS-induzierte systemische Inflammation auf den Stoffwechsel untersucht, es kam zu einer postprandialen Reduktion der Glukose-Konzentration im Portalvenenblut, jedoch nicht im systemischen Blut. Im portalen Blut DON-gefütterter Tiere war darüber hinaus der LPS-Gehalt höher - unabhängig vom Infusionsort des LPS. Beide Beobachtungen weisen darauf hin, dass die DON-Gabe grundsätzliche physiologische Funktionen des Darmtraktes deutlich beeinflusst. Die Proben zur Analyse des Einflusses von DON-Fütterung und LPS-Applikation auf die Zell-Zell-Kontakte (Tight junctions) im Darmepithel befinden sich noch in der Auswertung. LPS beeinflusst die Metabolisierung der verwandten Toxine deutlich, es reduziert die Absorption und die Verstoffwechslung von DON; im Vergleich dazu wurde Zearalenon (ZEN), das gleichzeitig im DON-kontaminierten Getreide vorkam, umfangreicher absorbiert, wohingegen die Metabolisierung ebenfalls reduziert war. Erwartungsgemäß war der Trockensubstanzfluss nach Futteraufnahme durch die LPS-Gabe vermindert. Insgesamt zeigen die Ergebnisse des Projektes, dass neben den für die Tierernährung wichtigen Fütterungsversuchen mit DON besonders weitere zellbiologische Analysen der initialen zellulären Interaktionsstellen von DON mit den einzelnen Schritten der zellulären Regulation von der Transkription/Translation über die posttranslationale Modifikation bis zur Exozytose erforderlich sind, um die in der Studie beobachteten Ergebnisse zu erklären.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2015. Metabolic and hematological consequences of dietary deoxynivalenol interacting with systemic Escherichia coli lipopolysaccharide. Toxins 7: 4773-4796
Bannert, E., T. Tesch, J. Kluess, J. Frahm, S. Kersten, S. Kahlert, L. Renner, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke
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2016. Postweaning development of porcine small intestinal morphology and epithelial cell proliferation. J Anim Sci 94: 416-422
Kluess, J. W., S. Kahlert, J. Krüger, H. J. Rothkötter, A. Berk, S. Kersten, and S. Dänicke
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Frahm, S. Kersten, G. Breves, L. Renner, S. Kahlert, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke. 2016. Does Dietary Deoxynivalenol Modulate the Acute Phase Reaction in Endotoxaemic Pigs? - Lessons from Clinical Signs, White Blood Cell Counts, and TNF-Alpha. Toxins 8
Tesch, T., E. Bannert, J. Kluess, J. Frahm, S. Kersten, G. Breves, L. Renner, S. Kahlert, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke
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2017. Chronic DON exposure and acute LPS challenge: effects on porcine liver morphology and function. Mycotox Res 33: 207-218
Renner, L., S. Kahlert, T. Tesch, E. Bannert, J. Frahm, A. Barta-Böszormenyi, J. Kluess, S. Kersten, P. Schonfeld, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke
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2017. Plasma kinetics and matrix residues of deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZEN) are altered in endotoxaemic pigs independent of LPS entry site. Mycotox Res 33: 183-195
Bannert, E., T. Tesch, J. Kluess, H. Valenta, J. Frahm, S. Kersten, S. Kahlert, L. Renner, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke
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"Fusarium Toxin Contaminated Diet Modified Lipopolysaccharide (LPS)-Induced Acute Cellular Immune Response in Pigs." P, 40th Mycotoxin Workshop, June 11-13 in Munich – Germany, 2018
Frahm, J., J. Kluess, S. Kersten, E. Bannert, T. Tesch, S. Bühler, and S Dänicke
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2018. On the distribution and metabolism of Fusarium-toxins along the gastrointestinal tract of endotoxaemic pigs. Arch Anim Nutr 72: 163-177
Bannert, E., T. Tesch, J. Kluess, J. Winkler, J. Frahm, S. Kersten, S. Kahlert, L. Renner, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke
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2018. Relationships between body temperatures and inflammation indicators under physiological and pathophysiological conditions in pigs exposed to systemic lipopolysaccharide and dietary deoxynivalenol. JAPAN 102: 241-251
Tesch, T., E. Bannert, J. Kluess, J. Frahm, L. Huther, S. Kersten, G. Breves, L. Renner, S. Kahlert, H. J. Rothkötter, and S. Dänicke
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2019. Analytical method for the determination of polyethylenglycole 400 as marker in porcine plasma. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 1113: 45-49
Saltzmann, J., J. Blum, J. Kluess, and S. Dänicke
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2019. Effects of deoxynivalenol-feed contamination on circulating LPS in pigs. Inn Immun 25: 168-175
Kahlert, S., L. Renner, J. Kluess, J. Frahm, T. Tesch, E. Bannert, S. Kersten, S. Dänicke, and H.J. Rothkötter
