Melioidose: Krankheitsbild bei Tieren

Obwohl Melioidose bei Tieren weniger gut untersucht ist als beim Menschen, gibt es doch zahlreiche Berichte über Burkholderia pseudomallei-Infektionen bei den verschiedensten Tierarten wie Nagern, Kaninchen, Sika Wild, Hunden, Katzen, Pferden, Rindern, Schweinen, Ziegen, Schafen und Kamelen (Bergin & Torenbeeck 1991; Radostis 1997; Sheikh-Omar & Muda 1986). Aber nicht nur bei Säugetieren, sondern auch bei Vögeln, Fischen und Krokodilen konnte der Erreger nachgewiesen werden (Choy et al. 2000). Aufsehen erregt hat vor allem der Fall eines mit Burkholderia pseudomallei infizierten Pandabären im Pariser Zoo, der als Geschenk von Mao Zedong an den französischen Präsidenten Pompidou Ausgangspunkt einer epidemischen Melioidose war und den Tierbestand des Zoos drastisch reduzierte (White 2003). Die Suszeptibilität der verschiedenen Säugerspezies scheint durchaus unterschiedlich zu sein. So gelten Schafe, Ziegen und Kamele beispielsweise als deutlich empfänglicher als Hunde und Katzen (Choy et al. 2000). Auch die klinische Symptomatik ist von Spezies zu Spezies verschieden. So zeigen erkrankte Schafe vor allem Schwäche und Festliegen; sie versterben in der Regel innerhalb einer Woche. Experimentell infizierte Schafe reagierten mit schwerem Fieber in Verbindung mit Anorexie, Lahmheit und exsudativem Nasen- und Augenausfluss.

Einige Tiere zeigten auch schwere neurologische Störungen mit Manegebewegungen, Nystagmus, Blindheit, Hyperästhesie und milden tetanischen Konvulsionen. Die Erkrankung endet in der Regel tödlich. Von einer Beteiligung der Haut wurde jedoch nicht berichtet. Ziegen zeigen bei akuter Melioidose eine ähnliche klinische Symptomatik wie Schafe. Generell nimmt hier die Erkrankung aber einen eher chronischen Verlauf. Im Schwein steht die chronische Infektion mit einer Manifestation als zervikale Lymphadenitis im Vordergrund. Bei einigen Ausbrüchen waren aber auch Symptome ähnlich denen anderer Spezies zu finden. Bei solchen Ausbrüchen traten weiterhin leichte Paresen der Hinterhand, mildes Fieber, Husten, Nasen- und Augenausfluss, Anorexie, Aborte sowie einige Todesfälle auf. Pferde dagegen entwickeln oft eine akute Pneumonie, die mit hohem Fieber einhergeht.

Auch Kolik, Diarrhöe und Lymphangitis der Beine können auftreten. Auch ein Fall akuter Meningoencephalitis beim Pferd wurde beschrieben (Ladds et al. 1981).

Charakteristisch in allen betroffenen Spezies sind multiple Abszesse vor allem in Lunge, Leber, Milz sowie in der Unterhaut (außer beim Schaf) und deren assoziierten Lymphknoten (Radostis 1997).

Auch bei Tieren wird eine Infektion mit Burkholderia pseudomallei aus der Umwelt akquiriert. Der Erreger wird durch Inhalation, Ingestion oder in Assoziation mit Hautwunden über kontaminierte Stäube und Wasser aufgenommen (Thomas et al.

1988a). Ähnlich der Epidemiologie beim Menschen treten auch bei Tieren Fälle von Melioidose hauptsächlich während der Regenzeit auf (Thomas 1981). Anders als bei Burkholderia mallei sind für Burkholderia pseudomallei nur wenige Fälle möglicher Zoonosen beschrieben, dabei handelt es sich um das Auftreten von Ulzerationen oder Abszessen in der Haut bei exponierten Berufsgruppen, wie einem Schlachter, einem Tierarzt und einem Landwirt (Choy et al. 2000). Wenn auch höchst zweifelhaft ist, ob eine zoonotische Übertragung vom Tier auf den Menschen möglich ist, so stellen doch die Tiere ein großes Reservoir für Burkholderia pseudomallei dar. Des Weiteren ist eine Übertragung auf den Menschen über kontaminierte Rohmilch denkbar, da Burkholderia pseudomallei aus Milch an Mastitiden erkrankter Kühe und Ziegen isoliert werden konnte (Mustaffa Babjee & Nor Aidah 1994). Daher wäre in Endemiegebieten eine Pasteurisierung der Milch unbedingt zu empfehlen.

Die Therapie von an Melioidose erkrankten Tieren ist oft teuer, langwierig und von zweifelhaftem Erfolg. Für landwirtschaftliche Nutztiere empfehlen sich daher eher Präventionsmaßnahmen wie das Fernhalten der Herden von kontaminierten Weiden und Schlamm sowie eine Haltung auf befestigten Böden. Auch der Zusatz von Chlor zum Trinkwasser hat sich als effektive Präventions- und Kontrollmaßnahme erwiesen (Thomas 1991). Bei Liebhabertieren wie Hunden und Katzen mag eine mit hohen Kosten verbundene intensive Therapie sinnvoll sein. Hierbei kann nach den aus der Humanmedizin empfohlenen Therapieregimen mit Einsatz von Ceftazidim und Carbapenemen entsprechend behandelt werden (Choy et al. 2000).

2.6. Murine Burkholderia pseudomallei Infektionsmodelle

Eine Burkholderia pseudomallei Infektion kann wie bereits beschrieben eine Vielzahl unterschiedlicher Verlaufsformen haben, wie das äußerst heterogene klinische Bild zeigt. Dabei scheint der Verlauf der Infektion nicht nur von der Infektionsroute und der jeweiligen Pathogenität des Stammes abhängig zu sein, sondern auch von der Abwehrlage im Wirtsorganismus, wobei Grunderkrankungen das Risiko einer klinischen Melioidose erhöhen, aber nicht Voraussetzung sind (Brett & Woods 2000).

Es ist unbekannt, warum manche Menschen eine chronische, andere eine akute und wieder andere nur eine subklinische Form der Melioidose entwickeln. Um die Pathogenese der Erkrankung und die Mechanismen der angeborenen Immunität zu untersuchen, wird daher im Tiermodell mit zwei Inzuchtmausstämmen mit unterschiedlicher Empfänglichkeit gegenüber Burkholderia pseudomallei gearbeitet.

Es wurde gezeigt, dass BALB/c-Mäuse hochempfänglich und C57Bl/6-Mäuse relativ resistent gegenüber Infektionen mit virulenten Burkholderia pseudomallei Stämmen sind und somit als Modell für chronische und akute Melioidose eingesetzt werden können (Leakey et al. 1998). Nach einer intravenösen Infektion mit nur 37 Keimen zeigten BALB/c-Mäuse starkes bakterielles Wachstum in Leber und Milz, gefolgt von einer fulminanten Bakteriämie und dem Tod der Tiere innerhalb von 72 bis 96 Stunden post infektionem. C57Bl/6-Mäuse dagegen entwickelten keine Bakteriämie, auch wenn die Tiere bakterielles Wachstum in Leber und Milz zeigten und schließlich

ebenfalls verstarben (Leakey et al. 1998). Anhand von Keimzahlbestimmungen in Leber, Lunge und Milz konnten schon 24 Stunden nach einer Infektion signifikante Unterschiede zwischen C57Bl/6- und BALB/c-Mäusen festgestellt werden (Hoppe et al. 1999).

Eine intravenöse Infektion ist zwar ein guter Weg, eine systemische Melioidose zu simulieren, doch der erste Kontakt mit einem Pathogen findet oft über die Schleimhäute statt. Deshalb wurde ein intranasales Infektionsmodell etabliert, das primär zu einer Pneumonie mit anschließender Streuung der Keime in andere Organe führt. Dieses trägt eher zum Verständnis einer mukosalen Immunität bei (Liu et al. 2002). Auch in diesem Infektionsmodell konnte gezeigt werden, dass C57Bl/6-Mäuse etwa 100-mal resistenter gegenüber der Infektion waren als BALB/c-Mäuse. Auch hier waren deutliche Unterschiede in den Keimzahlen der

verschiedenen Organe zu unterschiedlichen Zeitpunkten zwischen 24 und 72 Stunden nachweisbar (Liu et al. 2002). Die unterschiedliche Fähigkeit der

Mausstämme, auch schon zu sehr frühen Zeitpunkten die Infektion zu bekämpfen, weist auf eine entscheidende Bedeutung angeborener Immunmechanismen für die Resistenz gegenüber Burkholderia pseudomallei hin.

Das Phänomen der unterschiedlichen Suszeptibilität dieser beiden Mausstämme wurde auch bei diversen anderen Erregern für Studien der Wirtsabwehr genutzt.

Dabei ist eine erhöhte Resistenz von C57Bl/6- im Vergleich zu BALB/c-Mäusen nicht

generell bei Infektionen mit gram-negativen Erregern vorhanden. Der C57Bl/6-Stamm ist deutlich resistenter gegenüber Yersinia enterocolitica (Hancock et

al. 1986), Trypanosoma congolense (Tabel et al. 2000), Brucella abortus (Ho &

Cheers 1982) und, wie oben beschrieben, Burkholderia pseudomallei (Leakey et al.

1998). BALB/c-Mäuse dagegen zeigen im Vergleich zu C57Bl/6-Mäusen eine größere Resistenz gegenüber Toxoplasma gondii (Johnson 1984), Pseudomonas aeruginosa (Morissette et al. 1995) und Helicobacter felis (Mohammadi et al. 1996).

Für einige Pathogene wie Mycobacterium bovis, Salmonella Typhimurium und Listeria Spezies konnte der Grund einer relativen Resistenz bereits mit dem Vorhandensein des Ity/Lsh/Bcg Lokus auf Chromosom 1 in Verbindung gebracht werden (Vidal et al. 1995). Dieser ist verantwortlich für die Expression von Nramp 1,

einer Zink-Metalloprotease, die als Transporter in der Membran von Phagosomen dient (Skamene et al. 1998). Da jedoch sowohl C57Bl/6- wie auch BALB/c-Mäuse einen Ity^S Genotyp besitzen und somit Nramp 1-defizient sind, scheidet dieser spezielle Mechanismus als Erklärung für den Unterschied in der Empfänglichkeit gegenüber einer Burkholderia pseudomallei-Infektion aus (Hoppe et al. 1999).

Wahrscheinlicher ist, dass dieser auf einer komplexen Regulation verschiedener Gene beruht, da Tiere der F1-Generation aus Verpaarung von C57Bl/6- und BALB/c-Mäusen eine intermediäre Empfänglichkeit besitzen (Leakey et al. 1998).

Ein Schlüssel zum Verständnis immunologischer Vorgänge bei der Bekämpfung einer Infektion ist die Messung verschiedener Cytokine sowie Immunglobulinspiegel unter Infektionsbedingungen. So konnte beispielsweise bei Leishmaniose gezeigt werden, dass bei C57Bl/6-Mäusen eine stärkere zellvermittelte Immunabwehr induziert wird, während bei BALB/c-Mäusen eher eine humorale Abwehr stattfindet.

Bei Messung verschiedener Cytokine 24 bis 36 Stunden nach einer Infektion mit Burkholderia pseudomallei zeigten beide Mausstämme eine Erhöhung von IFNγ, TNFα, IL-1β, IL-6, IL-10 und IL-12, was keine eindeutige Polarisierung zu einem Th1- oder Th2-Profil zulässt (Ulett et al. 2000a). In einer anderen Studie konnte im Serum systemisch infizierter C57Bl/6-Mäuse ein hoher IgG2a-Spiegel gemessen werden, der vor allem bei einer Th1-Antwort und durch IFNγ induziert wird. Bei BALB/c-Mäusen wurde dagegen vor allem IgG1 nachgewiesen, dessen Produktion durch IL-4 stimuliert wird und welches als typisches Cytokin bei einer Th2-Antwort ausgeschüttet wird (Hoppe et al. 1999).

Bei Experimenten mit Yersinia enterocolitica wurde festgestellt, dass T-Zellen aus der Milz der resistenten C57Bl/6-Mäuse nach Infektion mit hitzeinaktivierten Yersinien signifikant höhere Mengen IFNγ produzieren als T-Zellen von BALB/c-Mäusen (Autenrieth et al. 1994). T-Zellen, die der Milz von infizierten C57Bl/c-Mäusen entnommen wurden, waren in der Lage, eine Protektion gegenüber sonst letalen Yersinieninfektionen zu vermitteln, während T-Zellen infizierter BALB/c-Mäuse dazu nicht in der Lage waren. Des Weiteren konnte die Resistenz von BALB/c-Mäusen durch Substitution von rekombinantem IFNγ wie auch durch Behandlung mit anti-IL-4 Antikörpern gesteigert werden (Autenrieth et al. 1994).

Auch bei Infektionen mit Burkholderia pseudomallei konnte für IFNγ eine obligate

Rolle beim Überleben einer Infektion nachgewiesen werden. Durch eine Hemmung von IFNγ in Taylor-Outbred-Mäusen konnte eine erhebliche Steigerung der Empfänglichkeit induziert werden. Auch die Hemmung von IL-12, einem Stimulans der Produktion von IFNγ und TNFα, führte zu einer erhöhten Empfindlichkeit (Santanirand et al. 1999). In einer anderen Studie konnte an Milzzellen von µMT-Mäusen belegt werden, dass große Mengen IFNγ bei Infektionen mit Burkholderia pseudomallei freigesetzt wurden. Als IFNγ Produzenten wurden neben Natürlichen Killerzellen überraschender Weise auch CD8+ T-Zellen identifiziert (Lertmemongkolchai et al. 2001). Im Vergleich der IFNγ Produktion bei C57Bl/6- und BALB/c-Mäusen zeigte sich jedoch, dass gerade die hochempfänglichen BALB/c-Mäuse größere Mengen IFNγ mRNA besitzen als C57Bl/6-Mäuse. Dieses Phänomen kann möglicherweise mit der Induktion eines toxischen Schocks in Verbindung gebracht werden, und so den akuten Verlauf der Melioidose in BALB/c-Mäusen erklären. (Ulett et al. 2000a).

2.7. Antikörper-vermittelte Immunität bei experimenteller Melioidose