Correlation between Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis infection and colitis

Suwandi, Abdulhadi

doi:10.24355/dbbs.084-201402061330-0

Published

Correlation between Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis infection and colitis

English
German

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) causes Johne’s disease (JD) a chronic inflammatory bowel disease in ruminants. An association between MAP and Crohn’s disease (CD) in humans has been postulated due to similar histopathological appearance of JD and CD. In the present work, we hypothesized that MAP might not be causative agent of CD but exacerbating an already existing disease. Secondly, due to long disease progression from sub-clinical phase to the clinical phase and ubiquitous exposure of animals to environmental MAP, it was further hypothesized that infected animals will reveal the clinical symptoms after secondary exposure to MAP. This might be also the case in CD. Based on both hypotheses, dextran sulfate sodium-induced colitis was combined with MAP infection. An increased size of liver and spleen was observed in DSS-treated MAP infected mice. In addition, higher number and larger liver granuloma were observed in that group. Furthermore, higher numbers of viable bacteria were found in the colon of DSS+MAP mice in comparison to untreated MAP infected mice. Interestingly, the tissue recovery was delayed in DSS+MAP in comparison to DSS-treated uninfected mice. Upon secondary infection, DSS+MAP mice came down with diarrhea and colitis which are the clinical symptoms of JD and CD. An increased frequency of CD4+ T cell in the colon and the prevention of colitis by depletion of CD4+ T cells demonstrate the importance of CD4+ T cells in the pathogenesis of MAP infection after secondary infection. Interestingly, specific activity of MAP was found when other mycobacteria were compared and failed to induce similar effects. Taken together, these results are consistent with the previous hypothesis that MAP exacerbates the existing colitis. Thus, the mouse model presented here reflects histopathological aspects of JD and might in the long run help to understand a possible association between MAP and CD in humans.

Mykobakterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) ist der Verursacher der Johne’schen Krankheit. Dabei handelt es sich um eine entzündliche Darmkrankheit von Wiederkäuern. Andererseits wurde auf Grund der Ähnlichkeit des histopathologischen Erscheinungsbildes postuliert, dass MAP auch als Verursacher der Morbus Crohn fungiert. In der gegenwärtigen Arbeit wurde angenommen , dass MAP nicht der Verursacher der Morbus Crohn ist, sondern dass das Bakterium nur eine bereits vorhandene entzündliche Krankheit verstärkt. Es wurde weiter postuliert, dass angesichts der langen Inkubationsphase auch infizierte Wiederkäuer wiederholt MAP aus der Umwelt ausgesetzt sind und dadurch die klinischen Symptome ausgelöst werden. Ähnliche Verhältnisse können auch bei der Morbus Crohn eine Rolle spielen. Deshalb wurden Mäuse mit Dextran Sulfat (DSS) behandelt um eine Kolitis auszulösen und anschließend mit MAP infiziert. In diesen Mäusen wurden stark vergrößerte Milzen und Lebern gefunden. Zusätzlich war in diesen Mäusen eine erhöhte Anzahl von Granulomen in der Leber vorhanden, die ebenfalls eine größere Fläche einnahmen. Schließlich wurde im entzündeten Kolon der Mäuse eine erhöhte Anzahl von MAP gemessen. Diese Bakterien sind vermutlich der Grund, warum die Erholung dieses Gewebes längere Zeit benötigte als das der DSS-behandelten nichtinfizierten Kontrollen. Nach sekundären Infektionen wiesen die DSS+MAP Mäuse Durchfall und Kolitis auf, die klassischen Symptome der Johne‘schen Krankheit und der Morbus Crohn. Die erhöhte Anzahl von CD4 T-Zellen sowie die Verhinderung der Symptome durch Depletion von CD4 T-Zellen zeigten die Rolle dieser Effektorzellen bei der Pathogenese nach sekundären Infektionen durch MAP. Schließlich konnte noch gezeigt werden, dass nur MAP und keines der anderen nahverwandten Mykobakterien diese Symptome auslöst. Zusammengefasst sind die erzielten Ergebnisse gut vereinbar mit der Ausgangshypothese, dass MAP eine vorhandene Entzündung verstärkt. Somit repräsentiert das vorliegende Mausmodell Aspekte der Morbus Crohn und der Johne’schen Krankheit. Langfristig sollte es deshalb helfen den Zusammenhang zwischen Morbus Crohn beim Menschen und dem Bakterium MAP zu verstehen.