Leptospirose, eine weltweit verbreitete bakterielle Infektion, stellt eine ernsthafte Gesundheitsbedrohung dar, insbesondere in feuchten, subtropischen Regionen. Die durch Leptospira interrogans verursachte Krankheit kann zu lebensbedrohlichem Organversagen führen, was die dringende Notwendigkeit wirksamer Impfstoffe unterstreicht. Eine vielversprechende Kandidatin für eine solche Impfung ist das leptospirale Protein LigA. Dieses Protein, das aus 13 bakteriellen Immunglobulin-ähnlichen (Big) Domänen besteht, hat sich in Tiermodellen als schützend gegen tödliche Infektionen erwiesen.
Diese Studie zielte darauf ab, die spezifischen LigA-Domänen zu identifizieren, die für die immunprotektive Wirkung entscheidend sind. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination aus drei LigA-Domänen, insbesondere die Domänen 11 und 12 zusammen mit entweder Domäne 10 oder 13, notwendig ist, um einen vollständigen Schutz vor einer tödlichen Leptospirose-Infektion zu gewährleisten. Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt zur Entwicklung besserer Impfstrategien gegen diese vernachlässigte Tropenkrankheit.
Untersuchung der LigA-Domänen und Immunantwort
Acht rekombinante Proteine, die verschiedene LigA-Domänen von L. interrogans serovar Copenhageni umfassen, wurden für diese Studie hergestellt und gereinigt. Diese Proteine wurden verwendet, um Hamster zu immunisieren und die daraus resultierende Antikörperantwort zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Antikörpertiter nach der dritten Immunisierung signifikant höher waren als nach ein oder zwei Immunisierungen, wobei kein direkter Zusammenhang zwischen der Anzahl der Domänen und dem Antikörpertiter bestand.
Identifizierung immunprotektiver LigA-Domänen
Um die immunprotektive Wirkung der LigA-Domänen zu bewerten, wurden die immunisierten Hamster einer tödlichen Dosis von L. interrogans ausgesetzt. Während Kontrolltiere, die mit einer Kochsalzlösung immunisiert wurden, schnell starben, zeigten Tiere, die mit bestimmten LigA-Proteinkonstrukten immunisiert wurden, eine signifikant höhere Überlebensrate. Insbesondere erwiesen sich Proteine, die die Domänen 10-13 oder 7-13 umfassten, als vollständig schützend.
Eine detailliertere Analyse ergab, dass weder eine einzelne Domäne noch eine Zweierkombination (wie LigA11-12) ausreichte, um 100%igen Schutz zu bieten. Vielmehr war die Anwesenheit von Domänen 11 und 12 zusammen mit einer zusätzlichen Domäne (entweder 10 oder 13) erforderlich, um das Überleben aller Versuchstiere zu gewährleisten. Dies deutet darauf hin, dass diese spezifische Dreikomponenten-Struktur für die immunprotektive Wirkung entscheidend ist.
LigA-Immunisierung und Organbesiedlung
Die Studie bestätigte frühere Beobachtungen, dass die LigA-Immunisierung keine sterilisierende Immunität verleiht. Das bedeutet, dass Bakterien auch bei überlebenden Tieren nachgewiesen werden konnten, insbesondere in den Nieren. Mittels qPCR wurde die bakterielle DNA in den Nieren quantifiziert. Während die Nieren von Tieren, die mit Hitze-inaktivierten Leptospiren immunisiert wurden, geringere bakterielle Lasten aufwiesen, zeigten die mit LigA-Fragmenten immunisierten Tiere eine variable bakterielle Besiedlung.
Interessanterweise gab es keinen signifikanten Unterschied in der bakteriellen Last zwischen den Gruppen mit 100%igem Überleben, unabhängig davon, ob sie mit LigA7-13 oder kürzeren LigA-Konstrukten immunisiert wurden. Dies legt nahe, dass die immunprotektive Wirkung über die reine Reduzierung der Bakterienlast hinausgeht.
Pathologische Veränderungen in den Nieren
Die histopathologische Untersuchung der Nieren ergab, dass die Immunisierung mit bestimmten LigA-Konstrukten, wie LigA10-12, mit einer stärkeren tubulointerstitiellen Schädigung einherging. Dies deutet auf unterschiedliche schützende Effekte der verschiedenen LigA-Konstrukte hin. Umgekehrt zeigten die mit HKL und LigA7-13 immunisierten Gruppen geringere Nierenpathologie-Scores. Eine inverse Korrelation zwischen dem Grad der Nierenschädigung und der Gewichtszunahme nach der Infektion wurde beobachtet, ebenso wie eine Korrelation zwischen der Nierenschädigung und der bakteriellen Last.
Die Analyse der Blutchimie ergab, dass die Nierenfunktion bei den überlebenden Tieren trotz der beobachteten histopathologischen Veränderungen weitgehend normal war. Dies steht im Gegensatz zu den Kontrolltieren, die Anzeichen einer Nierenfunktionsstörung zeigten.
Diskussion und Ausblick
Diese Studie hat die immunprotektiven Domänen von LigA erfolgreich identifiziert und gezeigt, dass mindestens drei Big-Domänen, einschließlich der Domänen 11 und 12, für den Schutz vor tödlicher Leptospirose erforderlich sind. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die immunprotektive Wirkung von LigA möglicherweise nicht auf einem rein abtötenden Mechanismus beruht, sondern eher auf der Störung wichtiger Pathogenese-Mechanismen von Leptospira, wie der Bindung an Wirtsmoleküle.
Die Quantifizierung der bakteriellen Last mittels qPCR liefert wertvolle Einblicke in die Wirksamkeit von Impfstoffen. Zukünftige Forschungen sollten sich auf die Klärung der genauen Mechanismen der LigA-vermittelten Immunprotektion konzentrieren und auf die Entwicklung von Impfstoffen abzielen, die eine sterile Immunität gegen Leptospirose ermöglichen. Die tägliche Gewichtskontrolle von Versuchstieren erwies sich als ein objektives und zuverlässiges Kriterium zur Beurteilung des Krankheitsverlaufs und der Impfstoffwirksamkeit.
Die Identifizierung der spezifischen immunprotektiven Domänen von LigA ist ein bedeutender Fortschritt auf dem Weg zur Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs gegen Leptospirose, einer Krankheit, die weltweit Millionen von Menschen bedroht.
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