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hne die Vermittlung des Immun- systems können infektiöse Prion- Proteine nicht aus dem Verdau- ungstrakt in das Gehirn – dem Ort der klinischen Erkrankung – gelangen.Diese Hypothese wird durch Untersu- chungen am Institut für Neuropatholo- gie der Universität Zürich mehr und mehr bestätigt. Mit „größter Wahr- scheinlichkeit“ ist das infektiöse Agens der BSE-Erkrankung die fehlgefaltete Form eines körpereigenen Proteins, welches der Organismus auf neurona- len und lymphoiden Zellen exprimiert.
Wie Prof. Adriano Aguzzi anlässlich einer Wissenschaftlichen Tagung der Kassenärztlichen Vereinigung Nord- Württemberg in Stuttgart betonte, ist die Umwandlung der normalen Pro- teinstruktur (PrPc) in eine fehlgefaltete Form (PrPsc) an das Vorhandensein des
„Rohmaterials“ PrPc gebunden. In Übereinstimmung mit dieser Hypothe- se müssten Maus-Stämme, denen das Prion-Protein fehlt, nicht infizierbar sein – was in folgendem Versuch bewie- sen werden konnte. „Wir haben Neu- roektoderm aus transgenen Mäusen, welche PrPc überexprimieren, in das Gehirn von PrPc-defizienten Mäusen transplantiert und dann mit Prionen in- okuliert. Während infizierte Transplan- tate scrapieartige Veränderungen ent- wickelten und hohe Konzentrationen an infektiösem PrPscenthielten, blieben benachbarte Zellen gesund“, berichtete Aguzzi in Stuttgart.
Tiere und Menschen infizieren sich normalerweise jedoch oral über die Nahrung. Wie finden die Prionen ihren Weg vom Verdauungstrakt zum Ge- hirn? Und wie ist es möglich, dass nur das Gehirn – und kein anderes Organ – histopathologische Veränderungen auf- weist? Da die Erkrankung eine lange
Inkubationszeit aufweist, gehen die Forscher davon aus, dass sich der Erre- ger zunächst in bestimmten „Reser- voirs“ ansammelt und dort vermehrt. In zahlreichen Studien konnte nachgewie- sen werden, dass das lymphoretikuläre System (Milz, Lymphknoten) den Prio- nen nach Infektion als Sammelbecken dient.
Dies ist auch der Fall, wenn die Prio- nen in das Gehirn der Versuchstiere injiziert werden. „Sogar nach intrazere- braler Injektion von infektiösen Prio- nen vermehrt sich der Erreger in Struk- turen des lymphoretikulären Systems“, so Aguzzi. Nach oraler Aufnahme durch die Nahrung lässt sich der Er- reger daher auch in den Peyerschen Plaques, dem lymphoretikuären System (LRS) des Gastrointestinaltraktes, nach-
weisen. Von den verschiedenen Struk- turen des LRS scheinen es die lang- lebigen, follikulären dendritischen Zel- len zu sein, in denen sich die infek- tiösen Prionen vermehren. Denn: Im- mundefiziente Mäuse, bei denen die Funktion der dendritischen Zellen ge- stört ist, bleiben nach intraperitonea- ler Gabe von infektiösen Prionen von der Erkrankung verschont; außerdem bleibt die Erreger-Vermehrung in der Milz aus.
Die Verbreitung der infektiösen Prio- nen wird aber auch durch die Anwesen- heit ausgereifter B-Lymphozyten beein- flusst: Im Tierversuch werden immunde- fiziente Mäuse, die nur „unreife“ B- Lymphozyten ausbilden, nicht klinisch krank. Die Entwicklung der Prionen- krankheit (und ihres pathohistologi- schen Korrelates im Gehirn) scheint da- her an die Unversehrtheit des Immunsy- stems und die Anwesenheit von reifen B-Lymphozyten gebunden zu sein. „Es ist unwahrscheinlich, dass B-Lympho- zyten als Taxi für den Prionentransport von der Peripherie ins Gehirn fungieren, da Lymphozyten normalerweise nicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden“, erklärte Aguzzi in Stuttgart.
Doch zurück zum Intestinaltrakt:
Wie können die Prionen die Darmwand überwinden? Nach Angabe von Aguzzi spielen die B-Lymphozyten auch an dieser Stelle eine zentrale Rolle, da sie die Umwandlung von Darmzellen (En- terozyten) in so genannte M-Entero- zyten induzieren. Nur die M-Entero- zyten seien in der Lage, die Prionen durch die Darmwand zu schleusen.
„Nach In-vitro-Versuchen gibt es ohne M-Enterozyten keinen Prionentrans- port“, so Aguzzi. Erst dann ist die In- fektion der Peyerschen Plaques mög- lich.
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Prionen
Rätselhafte Proteine
Pathogene Prionen lassen sich frühzeitig im lymphoretikulären System des infizierten Organismus nachweisen. Die Entwicklung des klinischen Bildes (BSE beim Rind, Scrapie bei Schafen, vCJK beim Menschen) scheint nach Tierversuchen an das Vorhandensein eines kompetenten Immunsystems sowie reifer B-Lymphozyten gebunden zu sein.
Medizinreport
Dieses umfassende Werk zum gegenwärti- gen Kenntnisstand der Prionenforschung wird ab März im Handel zur Verfügung ste- hen.
Prionen lassen sich aber sehr bald nach der Infektion nicht nur dort, son- dern auch in anderen Organen des LRS – wie Milz und Lymphknoten – nach- weisen. Wahrscheinlich nutzen sie die Bahnen des sympathischen Nervenge- webes, welches das lymphatische Ge- webe versorgt, als „Schienen“ für ihren Reiseweg – auch zum Gehirn. Wie die Neuroinvasion der Prionen vom LRS im Einzelnen abläuft, ist noch in der Diskussion. Nach oraler Infektion von Versuchstieren ließ sich PrPsc außer- dem im parasympathischen Nervensy- stem nachweisen.
Alternativ oder zusätzlich, so glau- ben die BSE-Forscher, könnten Struk- turen des peripheren Nervensystems (sensorische und autonome Ganglien) direkt befallen werden und dem Erre- ger als Reservoir dienen. Denn infiziert man Hamster oral, lässt sich PrPsc in den enteralen Ganglien nachweisen.
Verabreicht man das infektiöse Agens Hamstern oder Schafen intraperitone- al, findet man PrPscsowohl in den ente- ralen Ganglien als auch in den sensori- schen Spinalganglien.
Diese Ergebnisse zeigen, dass kör- pereigenes PrPcdie Verbreitung des Er- regers von der Peripherie in das Zen- tralnervensystem unterstützt und dass die Neuroinvasion von einer Neuroim- mun-Schnittstelle abhängig ist. „Da B- Lymphozyten für die Neuroinvasion von essenzieller Bedeutung sind, könn- ten sie eine potenzielle Angriffsfläche für eine Postexpositionsprophylaxe darstellen“, sagte Aguzzi. Daher mach- ten die Forscher folgenden Versuch: Sie infundierten Mäusen Lymphotoxin B (LTR-Ig), wodurch die follikulären dendritischen Zellen zerstört werden.
Im Labor erzeugte fehlgefalte- te Proteine sind nicht infektiös
Infundiert man den Mäusen an- schließend infektiöse Prionen, erkran- ken die Tiere nicht. „Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse eine rationale Grundlage für eine sekundäre Präven- tion der Prionen-Erkrankungen liefern werden. Denn das langfristige Ziel be- steht darin, Strategien zu identifizieren, welche die Ausbreitung der Prionen im Körper eines infizierten Individuums
verhindern.“ Es ist unbestritten, dass fehlgefaltete Prion-Proteine hochinfek- tiös sind: Nur ein Gramm infiziertes Rinderhirn im Futter reicht aus, um ei- ne gesunde Kuh an BSE erkranken zu lassen. Wird jedoch in Laborversuchen PrPc zu PrPsc umgewandelt, dann ist diese Faltstruktur nicht(!) infektiös, wie Prof. Detlev Riesner vom Institut für Physikalische Biologie der Univer- sität Düsseldorf berichtete. Nach Un- tersuchungen seiner Arbeitsgruppe geht er davon aus, dass die Infektiosität des pathogenen Prions nicht an die Pro- teinmoleküle, sondern an ihre Gerüst- struktur gebunden ist. „Nach extensiver Prionen-Digestion bleibt ein Gerüst aus Glucose stehen. Dieses Aggregat wird um so stabiler, je höher die Temperatur ist“, so Riesner.
Auch diese Untersuchungen er- klären, weshalb der BSE-Erreger ex- trem widerstandsfähig ist. Anders als Bakterien, Viren und Pilze widerstehen pathogene Prionen fast allen Desinfek- tionsmitteln, aber auch UV- und Rönt- genstrahlen (bis zu 25 KGy) sowie DNAsen und RNAsen. „Bei sehr ho- hem Ausgangstiter lässt sogar 600 Grad Celsius trockene Hitze eine geringe Restinfektiösität übrig“, sagte Riesner.
Aufgrund dieser Befunde beginnt man zu zweifeln, ob die derzeit üblichen Ste- rilisationspraktiken chirurgischer In- strumente ausreichen, um pathogene Prionen abzutöten.
Die in Stuttgart versammelten Ex- perten sprachen sich dafür aus, dass in Deutschland verschärfte Richtlinien für die Sterilisation von den Instrumen- ten erstellt werden sollten, die mit Risi- kogewebe in Berührung kommen – wie Tonsillen, Gehirn, Appendix, Cornea et cetera. Das britische Gesundheitsmini- sterium hat die Befürchtungen der Wis- senschaftler bereits zur Kenntnis ge- nommen und angeordnet, dass für ope- rative Eingriffe an den Tonsillen nur noch Einmalinstrumente verwendet werden dürfen. Eine Ausweitung dieses Gebots auf andere Instrumente wird in Betracht gezogen.
In diesem Zusammenhang erinnerte Dr. Michael Jaumann (Vorstand der KV Nord-Württemberg) daran, dass in Deutschland allein 60 000 Bandschei- ben-Operationen pro Jahr durchge- führt werden. Und: Während zum Ab-
töten vom Aids-Erreger HIV die Steri- lisation von 20 Minuten bei 60 °C und für Sporen 20 Minuten bei 121 °C und 1 200 hPA ausreichen, sind für die Ver- nichtung der Prionen auf Instrumenten vier Stunden bei 134 °C und 4 000 hPA sowie der Zusatz von 1N NaOH erfor- derlich. Dieses Verfahren ist jedoch nicht mit allen Instrumenten möglich.
Für den Alltag empfehlen die Experten daher die Sterilisation mit 134 °C für mindestens 20 Minuten (besser eine Stunde), wobei der Zusatz von Wasser den Sterilisationseffekt erhöht.
Übertragung auf verschiedene Tierarten möglich
Experimentelle Übertragungen haben gezeigt, dass sowohl die Schafkrankheit Scrapie als auch die Rinderkrankheit BSE oder die Creutzfeldt-Jakob- Krankheit des Menschen auf eine Viel- zahl von Tierarten übertragbar sind:
auf andere Wiederkäuer, Nagetiere, Fleischfresser (Katzen, Nerze), Schwei- ne und unterschiedliche Affenarten.
BSE konnte auf Krallenaffen (Marmo- sets) durch Injektion in das Gehirn übertragen werden, bei Makaken ge- lang die Übertragung auch über das Futter. Auch Katzen und Nerze können sich duch Aufnahme erregerhaltigen Futters infizieren.
Wie das Robert Koch-Institut (RKI) in seinem Epidemiologischen Bulletin (4/2001) veröffentlicht, wurden in den zoologischen Gärten mehrerer europäi- scher Länder bis heute bei 24 Tierarten 85 BSE-Erkrankungen festgestellt.
„Außerdem sind seit 1990 mindestens 90 Fälle bei Hauskatzen bekannt ge- worden, die meisten in Großbritannien.
Dies zeigt, dass der BSE-Erreger auf natürlichem Weg über die Nahrungs- aufnahme auf eine Vielzahl weiterer Tierarten übertragbar ist.“ Als besorg- niserregend werten die Wissenschaftler, dass potenziell infektiöses Tiermehl nicht nur an Rinder, sondern auch an Schafe, Ziegen, Geflügel, Schweine, Fische und Wild (Winterfütterung) ver- füttert wurde.
Dabei komme der Verfütterung an Schafen eine besondere Relevanz zu, da Schafe und Ziegen experimentell über die Nahrung mit BSE infiziert P O L I T I K
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wurden. „Eine BSE-Infektion des Scha- fes könnte, da die Symptome mit denen einer Scrapie-Infektion identisch sind, leicht mit Scrapie verwechselt werden.
Während Scrapie bisher weitgehend als harmlos für den Menschen angesehen wurde, muss dies für BSE in Schafen nicht unbedingt gelten“, so das RKI.
Geflügel und Fische sind, soweit bis- her untersucht, nicht über die Nahrung infizierbar. Offenbar ist hier die Spe- zies-Barriere so hoch, dass selbst die jahrelange Exposition mit (für Rinder infektiösem) Tiermehl nicht zu BSE- Erkrankungen geführt hat. Allerdings, so weist das RKI hin, können beim Übergang des Erregers von einer Spe- zies auf die andere subklinische Infekti- onsverläufe auftreten, bei denen sich der Erreger sehr langsam im Wirtsorga-
nismus vermehrt, ohne dass es zum Ausbruch der Erkrankung kommt.
„Dass in einer Spezies bisher keine BSE-Erkrankung beobachtet wurde, ist also allein noch kein Grund zur Ent- warnung“, so das RKI.
Auch Schweinefleisch gilt als unbe- denklich, da bei Verfütterung von infi- ziertem Tierfutter auch nach einer Be- obachtungszeit von sieben Jahren keine Erkrankung erfolgt ist. (In den Handel kommt das Fleisch junger, circa vier Monate alter Tiere.) Wird BSE Schwei- nen intrazerebral oder intraperioneal verabreicht, bilden sich die typischen
histopathologischen Veränderungen der spongiformen Enzephalopathie (Vakuo- lisierung) im Gehirn, und die Tiere er- kranken.
Milch und Milchprodukte gelten nach Angaben des RKI als unbedenk- lich, da Infektionsversuche negativ aus- gefallen sind. Auch mit dem Muskel- fleisch erkrankter Tiere hat man im Ex- periment keine Infektion erzeugen können. Wie groß das Infektionsrisiko durch die Nahrung für den Menschen ist (minimale infektiöse Dosis, wieder- holte Exposition, individuelle Emp- fänglichkeit) und welche Kofaktoren eine Rolle spielen, kann derzeit nicht beantwortet werden.
Da in Großbritannien statistisch je- der Bewohner etwa 50 Portionen Fleisch von BSE-kranken Rindern ge-
gessen hat, rechnet der Mikrobiologe und Biochemiker Dr. Steve Dealler (London) damit, dass die Zahl der Pati- enten mit der neuen CJD-Variante in den nächsten Jahren auf der Insel noch deutlich steigen wird. Für Deutschland erwartet er aufgrund der geringeren Anzahl an infizierten Rindern eine deutlich geringere Prävalenz.
Dealler betonte in Stuttgart, dass ne- ben der horizontalen Übertragung des Erregers das Augenmerk auch auf die vertikale Übertragung gerichtet wer- den muss. „Da der BSE-Erreger von der Kuh an ihr Kalb weitergegeben
werden kann, muss auch beim Men- schen mit der Möglichkeit einer verti- kalen Übertragbarkeit gerechnet wer- den“, so Dealler: „In Großbritannien weist das drei Monate alte Baby einer 24-jährigen Patientin, die an der neuen – durch BSE verursachten –Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit erkrankt ist, bereits Zeichen dieser neurologi- schen Erkrankung auf.“
Auf die Frage, ob die Inhalation von Fein- und Feinststäuben, denen pa- thogene Prionen anhaften, für Men- schen ein Infektionsrisiko bedeutet, gab Dealler zu bedenken, dass Prionen- Partikel klein genug seien, um vom Lun- gengewebe aufgenommen zu werden.
Außerdem sei das lymphatische Gewe- be der Lunge ein idealer Ort, an dem sich die Prionen vermehren könnten.
„Daher empfehle ich, Personen, die die- sem Risiko an ihrem Arbeitsplatz aus- gesetzt sind, prophylaktisch mit Natri- umpentosanpolysulfat zu behandeln.“
Auch die Sicherheit von Bluttransfu- sionen ist nicht völlig gewährleistet.
Die klassische Form der CJK wird nicht über Blut(produkte) übertragen, wie man von Studien mit Hämophilen weiß.
Dazu Aguzzi: „Bisher ist noch keine CJK über Blutprodukte übertragen worden. Da die neue Form der CJK im Vergleich zur klassischen Form jedoch sehr lymphoinvasiv ist – mit einem re- gen Austausch zwischen Blutzellen und lymphatischem Gewebe – besteht dies- bezüglich keine Sicherheit. Bis die Prävalenz der Träger der neuen CJK- Variante geklärt ist, operieren wir mit statistischen Unschärfen.“
Auch Tierversuche deuten darauf hin, dass Bluttransfusionen nicht – wie zu- nächst angenommen – unbedenklich sind: Nach einer Blutübertragung von BSE-infizierten (aber noch nicht er- krankten) Schafen auf gesunde Schafe er- krankte eines davon an einer spongifor- men Enzephalopathie. „Ob die bereits jetzt empfohlene, aber spätestens zum 1. Oktober angeordnete Leukozytende- pletion dieses Risiko ausräumen kann, wird erst die Zukunft zeigen“, erklärte Aguzzi. „Dies ist zum jetzigen Zeitpunkt sicher der richtige Weg, auch wenn wir nicht wissen, ob Leukozyten-Fragmen- te, die während des Depletionsverfah- rens entstehen, ein Infektionsrisiko dar- stellen.“ Dr. med. Vera Zylka-Menhorn P O L I T I K
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BSE-Forschung an der deutschen Ostsee: Auf der Insel Riems bei Greifswald untersucht die Bundes- forschungsanstalt für Viruskrankheiten der Tiere das Kalb eines an BSE erkrankten Rindes sowie die
Zwillingskuh eines BSE-kranken Tieres. Foto: Jens Koehler/ddp
