Host-pathogen interaction using the whole blood models

Sreekantapuram, Sravya

published

Host-pathogen interaction using the whole blood models

English
German

In order to investigate the complex interactions between the immune cells and pathogens, the aim of this thesis was to establish an ex vivo whole-blood model using murine and avian blood and to investigate how the model pathogens Candida albicans, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella Enteritidis and Salmonella Gallinarum interact with various host components in this environment. In the first part of our study, the established whole-blood model was used to understand the immune responses in the peripheral blood of two chicken lines differing in egg-laying performance to infection with either C. albicans, S. aureus, or E. coli. Our results demonstrated chicken-line and pathogen-dependent differences in pathogen survival, immune cells viability, and their interactions with the pathogens. Comparing different avian leukocyte subsets, the bacterial pathogens were found to be most associated with monocytes followed by the granulocytes. In contrast, C. albicans more frequently interacted with granulocytes and at a lower rate with monocytes. C. albicans was observed to have stronger impact on immune cell viability in chicken than to the bacterial species. These studies were furthermore extended to Salmonella enterica sp., which are important and widely studied pathogens in chickens. The second part of the study provided insights into interactions between murine blood and C. albicans, E. coli and S. aureus. Our results indicated relatively low pathogen clearance and pathogen-dependent differences regarding rates of association with immune cells. Using a filament deficient C. albicans mutant it was shown that increased filamentation does not explain the reduced killing. Likewise, the lower absolute number of neutrophils in murine blood could not fully explain higher fungal survival. Lack of prior exposure to pathogens and absence of adaptive responses, such as antibodies, appear to contribute to low pathogen clearance.

Blutstrominfektionen, die nach wie vor mit hohen Letalitätsraten verbunden sind, sind sowohl in der Human- als auch Tiermedizin von Bedeutung. Obwohl für verschiedene relevante Erreger Interaktionen mit verschiedenen Arten von Immunzellen detailliert untersucht wurden, sind die komplexen Wechselwirkungen zirkulierender Immunzellen mit den Erregern im peripheren Blut noch weitgehend ungeklärt.
Ziel diese Arbeit war es, ein Vollblutmodell zu etablieren, dass Untersuchungen der komplexen parallelen Interaktionen zwischen Erregern und Immunzellen in peripherem Blut erlaubt. Hierzu wurde murines und Hühnerblut sowie die Modellpathogene Candida albicans, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella Enteritidis und Salmonella Gallinarum verwendet.
Im ersten Teil der Arbeit wurde das Hühnerblutmodell dazu verwendet, die Interaktionen mit C. albicans, S. aureus, und E. coli zu untersuchen. Zudem wurden zwei verwandte Hühnerlinien eingesetzt, die sich in ihrer Legeleistung unterscheiden. Dabei zeigten sich Unterschiede sowohl zwischen den Hühnerlinien als auch den Mikroorganismen bezüglich Abtötung der Pathogene, Stabilität der Immunzellen, und der physischen Interaktion zwischen Mikroben und Immunzellen. Während die bakteriellen Erreger überwiegend mit Monozyten und nur zu einem geringen Prozentsatz mit Granulozyten assoziiert waren, dominierte beim Pilz C. albicans die Interaktion mit Granulozyten. Zudem wirkte sich die Infektion mit C. albicans stärker auf die Stabilität der Immunzellen aus.
Im zweiten Teil der Arbeit erfolgten Infektionen von Mausblut mit den Modellpathogenen C. albicans, E. coli und S. aureus. Auffällig war eine relativ geringe Abtötungsrate der Mikroorganismen und Unterschiede zwischen den Pathogenen hinsichtlich der Assoziation mit verschiedenen Immunzellen. Zudem zeigten sich für den Pilz C. albicans deutliche Unterschiede zu einem humanen Volblutmodell (Hünniger, Lehnert et al. 2014): In Mausblut lag neben einer höheren Überlebensrate auch eine ausgeprägtere Filamentierung des Pilzes vor. Durch die Verwendung einer filamentierungsdefizienten C. albicans Mutante konnte jedoch gezeigt werden, dass die höhere Überlebensrate nicht durch die vermehrte Filamentierung zu erklären ist. Auch scheint die geringere Anzahl an neutrophilen Granulozyten in Mausblut die Unterschiede zu humanem Blut nicht vollständigen erklären zu können. Vielmehr deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die fehlende Besiedlung von SPF-Mäusen mit den Pathogenen, und damit verbunden das Fehlen einer adaptiven Immunantwort, zu der geringeren Abtötungsrate beiträgt.