Studie zur Pathogenese der Bovinen Spongiformen Enzephalopathie der Ziege | Pathogenesis study of the bovine spongiform encephalopathy in goats

German. Zur Untersuchung der Bovinen Spongiformen Enzephalopathie (BSE) der Ziege wurde 2007 eine mehrjährige Pathogenesestudie begonnen. Ziegen, die drei natürlich vorkommende Prion-Protein(PrP)-Genotypen, IRQ/IRQ (Wildtyp, n = 15), IQQ/IRQ (n = 11) und IRK/IRQ (n = 11) trugen, wurden oral jeweils mit 1,0 g caprinem BSE-positivem Gehirnmaterial inokuliert. Durch Nachzuchten und unter Einbeziehung von Kontrolltieren sollten mögliche Wege einer maternalen und horizontalen BSE-Übertragung untersucht werden. Nach zeitlichen Vorgaben und dem Auftreten klinischer Symptome wurden die Ziegen euthanasiert und umfänglich beprobt. Darüber hinaus wurden neben einer regelmäßigen klinischen Überwachung von den Tieren auch Biopsien aus den Tonsillen und dem Rektum zu definierten Zeitpunkten entnommen, um deren Eignung für die präklinische In-vivo-Diagnostik einer BSE-Infektion zu ermitteln. Ziel der Studie war es, Empfänglichkeit, klinische Symptomatik, Pathogenese und Erregerverteilung der caprinen BSE in Verbindung mit dem PrP-Genotyp zu untersuchen. Die erhaltenen Gewebeproben wurden histopathologisch auf spongiforme Veränderungen und mittels proteinbiochemischer und immunhistochemischer Methoden auf das pathologische Prion-Protein (PrPSc) untersucht und partiell in transgenen Maus-Bioassays auf das Vorhandensein von infektiösen BSE-Erregern getestet. Zur Abgrenzung der BSE- von einer Scrapie-Infektion wurde der sogenannte FLI-Test herangezogen. Vier der 15 inokulierten Ziegen des Genotyps IRQ/IRQ zeigten nach 23 Monaten post inoculationem (p. i.) erste BSE-assoziierte Symptome und drei der 11 inokulierten Ziegen des IQQ/IRQ-Genotyps nach 29 Monaten. Keine der 11 inokulierten Ziegen des Genotyps IRK/IRQ, der drei Kontrolltiere und der sieben Nachkommen erkrankte an BSE. Die an BSE erkrankten Ziegen zeigten ein breites Symptomspektrum, wie Konditionsverlust, Sensibilitätsstörungen, Ataxien und als Juckreiz zu interpretierendes Scheuern. Die Inkubationszeit betrug 723 bis 904 Tage, die Krankheitsdauer zwischen acht Tagen und sieben Monaten. Erste PrPSc-Ablagerungen wurden immunhistochemisch 12 Monate p. i. bei zwei klinisch un-auffälligen Ziegen (IRQ/IRQ- und IQQ/IRQ-Genotyp) detektiert. Ab 24 Monaten p. i. fanden sich bei den BSE erkrankten Tieren im Zentralen Nervensystem (ZNS) zum Teil ausgedehnte spongiforme Veränderungen und PrPSc-Ablagerungen. PrPSc wurde immunhistochemisch auch in Geweben des Peripheren Nervensystems und des Gastrointestinaltrakts dieser Tiere nachgewiesen. In Gewebeproben aus dem lymphatischen System gelang der PrPSc-Nachweis einzig im darmassoziierten lymphatischen Gewebe. Der Maus-Bioassay zeigte einen positiven Erregernachweis in der Muskulatur, der Zunge, dem Euter, der Milz und dem Plexus brachialis eines schwer BSE-erkrankten Tieres (IRQ/IRQ-Genotyp). Alle Tonsillen- und Rektumbioptate, auch die von klinisch erkrankten Ziegen stammten, waren PrPSc-negativ. Der FLI-Test bestätigte das Vorliegen der BSE-Infektionen bei den Ziegen. Aus den Ergebnissen dieser Studie kann geschlossen werden, dass eine orale Infektion von Ziegen mit dem BSE-Erreger möglich ist. Ziegen des IRQ/IRQ-Genotyps zeigten mit kurzer Inkubationszeit höhere Empfänglichkeit als Ziegen des IQQ/IRQ-Genotyps, die später erkrankten. Ziegen des Genotyps IRK/IRQ erkrankten nicht und weisen somit eine gewisse Resistenz gegenüber dem BSE-Erreger auf und könnten sich daher in Zukunft für Zuchtprogramme BSE resistenter Ziegen eignen. Nach dem Auftreten der ersten klinischen Symptome schreitet die Erkrankung vergleichsweise rasch voran. Die im Rahmen dieser Studie festgestellte klinische Symptomatik kann im Verdachtsfall für die Diagnostik genutzt werden. Nach ein bis drei Jahren p. i. kommt es zur nachweisbaren Erregerausbreitung vom Verdauungstrakt über das Periphere Nervensystem bis ins Gehirn. Das lymphatische System ist nur in geringerem Maße betroffen, so dass auch Tonsillen- und Rektumbiopsien für die präklinische Diagnostik capriner BSE nicht geeignet sind. Erste Maus-Bioassay-Ergebnisse deuten im Spätstadium der Erkrankung auf eine zentrifugale Erregerausbreitung ausgehend vom ZNS in die Peripherie hin. Eine horizontale und maternale BSE-Übertragung wurde nicht festgestellt. Die Ergebnisse dieser Studie belegen die unterschiedliche BSE-Empfänglichkeit von Ziegen verschiedener PrP-Genotypen unter experimentellen Bedingungen, ohne nachweisbaren Einfluss auf das klinische Bild, die Pathogenese und die Erregerverteilung.

English. In 2007 a long time pathogenesis study was started to investigate the bovine spongiform encephalopathy (BSE) in goats. Therefore, goats of three naturally occurring prion protein genotypes like the IRQ/IRQ (wild type, n = 15), the IQQ/IRQ (n = 11) and the IRK/IRQ (n = 11) genotype were orally inoculated with 1,0 g of caprine BSE positive brain material. Maternal and horizontal transmission routes were investigated by taking natural breeding and control animals into consideration. Following a certain schedule and with appearance of clinical symptoms the goats were euthanized and sampled extensively. Additionally, apart from periodic clinical surveillance, tonsil and rectum biopsies were collected at defined time points in order to evaluate its relevance for the preclinical diagnosis of BSE. The aim of the study was to investigate clinical symptoms, pathogenesis and distribution dynamics of caprine BSE as well as the susceptibility of goats for such disease by taking the PrP genotype into consideration. Tissue samples were tested histopathologically for spongiform lesions and for the pathologic prion protein (PrPSc) by using biochemical and immunohistochemical methods. BSE infectivity was detected using a transgenic mouse bioassay in selected samples. To differentiate BSE from scrapie the FLI test was performed. Four of the 15 inoculated goats of the IRQ/IRQ genotype and three of the 11 inoculated goats of the IQQ/IRQ genotype showed first BSE like symptoms 23 and 29 months post inoculationem (p. i.), respectively. Neither the 11 inoculated goats of the IRK/IRQ genotype nor the three controls and the caprine offspring (n = 7) got affected by BSE. Clinically affected goats showed a wide range of symptoms including loss of condition, paresthesia, ataxia and scraping caused by intense pruritus. Incubation time was defined between 723 and 904 days. The duration of the disease lasted 8 days to seven months. First accumulation of PrPSc was detected immunohistochemically 12 months p. i. in two preclinical goats of the IRQ/IRQ and IQQ/IRQ genotype, respectively. From 24 months p. i. partly wide spongiform lesions and PrPSc accumulations were detected in the central nervous system of BSE affected animals. Additionally, PrPSc was detected immunohistochemically in tissue samples of the peripheral nervous system and the gastrointestinal tract of these goats. In the samples of the lymphatic tissue, PrPSc accumulations were restricted to the gut associated lymphatic tissue. Infectivity was detected using the mouse bioassay in the muscle, tongue, udder, spleen and the brachial plexus of a severely BSE affected goat (IRQ/IRQ genotype). The entire tonsil and rectum biopsies, even those from clinically affected goats, were tested PrPSc negative. Based on the FLI test BSE could be confirmed for all cases. As a result, goats can be orally infected with BSE. Goats of the IRQ/IRQ genotype got affected after a much shorter incubation period and showed a higher susceptibility to BSE than goats of the IQQ/IRQ genotype, at the same time. Goats of the IRK/IRQ genotype showed a certain resistance against BSE which favors this genotype for future breeding programs of BSE resistant goats. BSE infection results in a rapidly progressing clinical disease and the variety of symptoms provide a solid basis for an initial tentative diagnosis. After one to three years p. i., BSE spreads via the digestive tract and the peripheral nervous system into the brain. The lymphatic system was poorly involved in the spread of the disease which makes the tonsil and rectal biopsies inapplicable for preclinical diagnosis of caprine BSE. Initial results of the mouse bioassay suggest a centrifugal spread of the disease from the central nervous system into the periphery at later stages of the disease. Horizontal and maternal transmission of BSE in goats remains unlikely. Referring to this study, goats of the different genotypes show different sensitivity to BSE infection under experimental conditions but there was not proven any genetically determined influence on clinical signs, pathogenic pathways and spread of the disease.