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Infektiöse Proteine: Vom Darm zum ZNS

(3.4.17) Um die Jahrtausendwende hat der Rinderwahnsinn Angst und Schrecken verbreitet; heute sind die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) und die Creutzfeld-Jakob-Krankheit fast völlig aus den Medien verschwunden. Unser Gesprächspartner Martin Groschup ist den Prionen-Krankheiten weiter auf der Spur.

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© Friedrich-Löffler-Institut

In unserer Publikationsanalyse "Tiermedizin" ist das Friedrich-Loeffler-Institut vierzehn Mal vertreten, meist mit dem Standort Greifswald auf der Insel Riems. Hier leitet Martin Groschup das Institut für neue und neuartige Tierseuchenerreger (INNT). Schwerpunkt seiner Arbeitsgruppe sind heute virale Zoonosen, insbesondere Flavi-, Bunya- und Hepatitis-Viren. Viele Arbeiten der Groschup-Gruppe aus dem Analysezeitraum widmen sich dem Usutu-Virus, das erstmals 2009 in Europa in Erscheinung trat. So untersuchte das Team beispielsweise 223 verendete Vögel und wies den Erreger in 86 Tieren nach (PLoS One 7(2): e32604). Stechmücken können das Virus auch auf Menschen übertragen, die dann unter Fieber und bei schwereren Verläufen auch unter Hirnhautentzündungen leiden. 

In Groschups Arbeiten von 2011 bis 2015 fällt aber noch ein fast vergessenes Thema auf: BSE und andere Prionen-Infektionen. Ein Großteil dieser Förderungen sei zwar in den letzten Jahren ausgelaufen, berichtet Groschup. Trotzdem gibt es noch eine Reihe von Prionen-Artikeln im Analysezeitraum. Wir waren neugierig und haben nachgefragt.

 

Laborjournal: Muss man rückblickend feststellen, dass die BSE-Angst in den späten 90ern und frühen 2000ern übertrieben war?

Martin Groschup: Wir hatten es mit etwas absolut Neuem zu tun. Damals gab es eine BSE-Epidemie mit fast 200.000 tödlich erkrankten Rindern und die naheliegende Annahme, dass mehrere Millionen Tiere vor Ausbruch klinischer Symptome geschlachtet und als Rindfleisch verzehrt worden waren. Beim Menschen tritt die stets tödliche Erkrankung erst nach einer Inkubationszeit von fünfzehn bis zwanzig Jahren auf und ist dabei mit schweren neurologischen Symptomen bis hin zur Demenz verbunden. Es gab und gibt bis heute keinen praktikablen Lebendtest. Niemand wusste also, ob er infiziert war oder nicht. Das hat jeden beunruhigt!

„Ich bin nach wie vor ein großer Anhänger von Renate Künast“

Glücklicherweise kam es ja bislang nicht zu der befürchteten Welle massenhafter Creutzfeld-Jakob-Fälle bei jüngeren Menschen.

Groschup: Trotzdem haben wir fast 200 Fälle dieser neuen Creutzfeldt-Jakob-Variante vCJD zu beklagen. Wir hatten unglaubliches Glück, dass bezogen auf die Erreger-Exposition vergleichsweise wenige Menschen erkrankt sind. Nach dem ersten BSE-Fall in Deutschland im November 2000 wurde hier aber auch sehr strikt reagiert. Ich bin nach wie vor ein großer Anhänger von Renate Künast, die damals als Verbraucherschutzministerin entschlossen gehandelt hat. Auch auf europäischer Ebene hat das sehr gut geklappt; letztendlich hat die EU sehr entschieden und einheitlich auf die BSE-Krise reagiert. Die European Food Safety Authority wurde etabliert und Schutzmaßnahmen ergriffen, die Neuinfektionen bei Rindern unterbunden haben. Viele dieser Maßnahmen gelten noch bis heute! Man hat sehr viele Gewebe vom Rind und anderen Tieren aus der Lebensmittelkette genommen, die im Verdacht standen, dass sich in ihnen BSE-Prionen befinden, darunter das ZNS und weite Teile des Verdauungssystems. Andere Gewebe sind aus der Herstellung von Pharmazeutika verbannt, an die man zunächst gar nicht denkt: fetales Rinderserum aus Europa in der Zellkultur zum Beispiel.

Ich erinnere mich, dass die Prionen-Theorie damals umstritten war und sich bis in die 2000er Jahre die Vermutung hielt, dass womöglich Viren die eigentliche Ursache für die fehlgefalteten Proteine sein könnten. Vorstellbar ist ja, dass dann bestimmte Zellmechanismen versagen, die sonst Protein-Aggregate verhindern. Wie sicher wissen wir heute, dass Prionen die kausale Ursache für vCJD und BSE sind?

Groschup: Als Stanley Prusiner Anfang der 80er Jahre die Prionen-Theorie (Science 216: 136-44) ausrief, war die Skepsis sehr groß. Dass statt eines klassischen Erregers, der sich aus Nukleinsäuren und Proteinen zusammensetzt, hier ausschließlich fehlgefaltete körpereigene Proteine den Erreger ausmachen und dann gesunde Proteine autokatalytisch umfalten, erschien damals schwer vorstellbar. Als Prusiner 1997 den Nobelpreis für diese Theorie erhielt, fanden viele Kollegen das noch verfrüht – ich übrigens auch. Genau genommen ist der endgültige Beweis bis heute nicht erbracht. Allerdings hat man in der Zwischenzeit rekombinante Prion-Proteine exprimiert und diese zur Fehlfaltung gebracht, also im Reagenzglas infektiöse Prionen de novo hergestellt. Im Tiermodell kommt es nach Verabreichen dieser Proteine dann zu Infektionssymptomen. Die Koch’schen Postulate sind hier also ein Stück weit erfüllt. Daher diskutiert man eigentlich heute nicht mehr darüber, ob hinter BSE vielleicht doch verkappte Viren, Viroide oder Virinos stecken, sondern man nimmt an, dass Prionen eine eigene Erregerklasse sind.

Mausmodell ohne Spezies-Barriere

In der Prionen-Forschung spielt ein Mausmodell eine große Rolle. Was hat es damit auf sich?

Groschup: Transgene Mäuse, die die Prion-Proteine ihrer eigenen Spezies oder von anderen Spezies überexprimieren, sind für Prionen sehr empfänglich. Deshalb haben meine Kollegin Anne Balkema-Buschmann und ich in den 90er Jahren transgene Mäuse hergestellt, die das bovine Prion-Protein überexprimieren und deshalb keine Spezies-Barriere mehr für BSE-Prionen aus dem Rind besaßen (Arch Virol Suppl 16: 75-86). Wir inokulierten diesen Mäusen Gewebe oder Blut aus einem infizierten Rind und konnten damit die Infektiosität nachweisen, sie also als Bioindikatoren nutzen. Sie müssen bedenken, dass nach wie vor kein vernünftiges System existiert, um BSE-Prionen in Zellkultur zu isolieren und zu vermehren. Wir können daher nur auf Tiermodelle zurückgreifen.

Was wissen wir eigentlich heute über die Übertragungswege von BSE? War das Tiermehl der Grund, dass so viele Rinder infiziert waren?

Groschup: Tiermehl war sicher ein wichtiger Faktor, aber wir gehen davon aus, dass sich auch die ganz jungen Saugkälber schon infiziert haben.

Über die Milch?

Groschup: Nein, dafür waren dann wohl synthetische Milchaustauscher verantwortlich, die Talge und Fette enthalten, die als Ausschmelzprodukte aus Rinderhirnen gewonnen worden waren.

Prionen können also industrielle Verarbeitungsprozesse und den Weg durch den Magen-Darm-Trakt unbeschadet überstehen?

Groschup: Genau! Ein wichtiges Charakteristikum der fehlgefalteten pathologischen Prion-Proteine ist deren Protease-Resistenz. Das können Sie schön im Western Blot sehen: Am pathologischen Prion-Protein wird nur der N-Terminus verdaut, wodurch die Molekularmasse um circa sieben Kilodalton kleiner wird. Der Rest bleibt stehen und ist nach wie vor infektiös. Außerdem können Prionen mehrere hundert Grad trockener Hitze überstehen.

„Infektionsweg läuft über die Nerven“

Vom Darm müssen die Erreger dann ja letztlich wieder im Gehirn ankommen. Ich stelle es mir schwer vor für Proteine, die Blut-Hirn-Schranke zu passieren.

Groschup: Das tun sie auch nicht. Der Infektionsweg läuft beim Rind auf jeden Fall über die Nerven, wie wir im Rahmen der vielbeachteten Deutschen BSE-Pathogenese-Studie gezeigt haben. Hierzu haben wir insgesamt 56 Kälber infiziert, die dann die BSE-Infektion über Jahre inkubierten. Alle vier Monate haben wir vier Tiere aus dem Versuch genommen und bei der Sektion wirklich die kleinsten Ganglien rausgenommen und mittels Maus-Assays und biochemischen Methoden charakterisiert (J Gen Virol 88(3): 1048-55). Wir konnten zeigen, dass die Prionen vorwiegend im letzten Teil des Dünndarms aufgenommen werden und sich dort in den lokalen Lymphknoten vermehren. Diese werden durch feinste Nervenendigungen innerviert, so dass die Erreger vom lymphatischen Gewebe ins autonome Nervensystem überwechseln können. Über sympathische und parasympathische Nervenbahnen wie dem Vagus steigen sie dann ins zentrale Nervensystem auf. Ob es sich bei dem Aufstieg um einen Dominoeffekt auf der Nervenzellmembran handelt, bei dem ein Prion das jeweils nächstgelegene zelluläre Prion-Protein umfaltet, oder ob Prionen in den Axonen aktiv transportiert werden, das ist noch nicht klar

Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten eigentlich in Ihrem Prionen-Labor?

Groschup: Diese Versuche können Sie nicht im normalen Labor machen. In gewisser Weise sind BSE-Prionen noch schwieriger zu handhaben als hochpathogene Viren, weil sie so resistent sind und selbst bei widrigen Bedingungen noch infektiös bleiben. Normale Desinfektionsmittel oder hohe Temperaturen sind wirkungslos und Formalin stabilisiert die Erreger sogar, so dass Sie die Infektiösität nicht durch einfache Maßnahmen beseitigen können. Unser BSE-Labor verlässt nur Material und Gerät, das ganz speziellen Inaktivierungsmaßnahmen unterzogen wurde.

Interview: Mario Rembold



Letzte Änderungen: 02.05.2017

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