Die Durchfallerkrankung Giardiasis wird durch den Protisten Giardia duodenalis ausgelöst. Die Infektion erfolgt fäkal-oral, meist über kontaminiertes Trinkwasser. Der Parasit kolonisiert den oberen Bereich des Dünndarms und heftt sich an das Epithel, wodurch es die Krankheitsbeschwerden auslöst. Allerdings sind Details über die Mechanismen der Pathogenese unbekannt. Dazu kommt, dass der Ausgang einer Infektion fallspezifisch starken Schwankungen unterworfen ist, von selbst-limitierend bis chronisch und asymptomatischer Kolonisierung bis hin zur schweren Enteritis. Ein möglicher Pathomechanismus ist der Wegfall der Barrierefunktion des Dünndarmepithels, z.B. durch Beeinträchtigung von tight junctions oder Zelltod.
In dieser Arbeit wurden Effekte von G. duodenalis auf in vitro Modellsysteme des humanen Dünndarmepithels untersucht. Dazu wurden hauptsächlich Daten über die Barrierefunktion sowohl von der weit verbreiteten Caco-2 Zelllinie, als auch über ein neu etabliertes humanes Dünndarmorganoidsystem, erhoben.
Es konnte gezeigt werden, dass mehrere - mitunter in der Literatur als hochvirulent beschriebene - G. duodenalis Isolate zu keinerlei Beeinträchtigung der Barrierefunktion oder irgendeiner anderen untersuchten potenziellen Schädigung an zwei unterschiedlichen Caco-2 Zelllinien unter diversen Infektions- und Kulturbedingungen führte. Jedoch andererseits das neu entwickelte Dünndarmorganoidsystem mit pseudo-luminalem Medium TYI S 33 reproduzierbar die Zerstörung des Epithelmodells mit Zellverlust, Zelltod (apoptotisch und nicht-apoptotisch), Störung der tight junctions (Abbau und Dislokation von Claudinen und ZO-1) und den Verlust von Mikrovilli innerhalb ein bis zwei Tage nach Parasiteninfektion zeigen konnte. Zudem wurde das Auftauchen von ClCa-1-Signalen unter andauerndem Infektionsstress beobachtet, was die Differenzierung bzw. Metaplasie zu Becherzellen nahelegt, jedoch keine Wirtsreaktion auf die Gewebszerstörung zu sein scheint. / The protozoan parasite Giardia duodenalis is the etiological agent for the intestinal diarrheal disease giardiasis. Infections are acquired via the fecal-oral route, mostly via uptake of cysts from contaminated drinking water. The colonization of the hosts’ duodenum and upper jejunum and the attachment of Giardia trophozoites onto the epithelium is the cause of a variety of gastrointestinal complaints but the exact pathomechanisms are unknown. Furthermore, the outcome of Giardia infections varies greatly between individuals, ranging from self-limiting to chronic, and asymptomatic to severe enteritis. One proposed mechanism for the pathogenesis is the breakdown of intestinal barrier function, e.g. by tight junction impairment or induction of cell death.
In this work, effects of G. duodenalis on in vitro models of the human small intestinal epithelium were investigated by studying mainly barrier-related properties and changes of widely used Caco-2 cells as well as newly established human small intestinal organoid-derived monolayers (ODMs).
It could be shown that several isolates of G. duodenalis, some described as highly virulent, fail to induce barrier dysfunction or any other investigated pathological effect on two Caco-2 cell lines under various infection and culturing conditions. On the other side, by developing a new organoid-based model system and the use of luminal mock medium TYI-S-33, considerable epithelial disruption (including loss of cells), cell death (apoptosis and non-apoptotic), tight junction impairment (degradation and dislocation of claudins and ZO-1), and microvilli depletion reproducibly induced by G. duodenalis trophozoites between one and two days after infection could be observed. Moreover, emergence of ClCa-1 positive cells with ongoing parasite infections suggest epithelial differentiation or metaplasia towards goblet cells, which is furthermore not associated to tissue damage.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/21847 |
| Date | 28 January 2020 |
| Creators | Kraft, Martin Rolf |
| Contributors | Aebischer, Anton, Matuschewski, Kai, Schulzke, Jörg-Dieter |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 4.0) Attribution 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| Relation | 10.3389/fcimb.2017.00421 |
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