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EcO83-OMV and their interaction with the host immune system
Daniela Kerekes
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Irma Schabussova
DOI
10.25365/thesis.70367
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11200.60473.702472-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
E. coli A0 34/86 (E coli O83; Serotyp O83:K24:H31) wurde bereits für einen längeren Zeitabschnitt als ein probiotisches Bakterium verwendet, welches kommerziell erhältlich ist als Colinfant Newborn und ist bekannt dafür, dass es die Entwicklung von atopischen Krankheiten in Kleinkindern reduziert. Es wurde gezeigt, dass die orale Anwendung von E. coli O83 in Neugeborenen allergische Sensibilisierung später im Leben reduziert, es hatte aber keine positiven Auswirkungen in allergischen Lungenerkrankungen.
Verschiedene Ergebnisse zeigten, dass es unterschiedliche allergische Symptome reduziert, bei der intranasalen Verabreichung in OVA-induzierten allergischen Mausmodellen. Weitere Studien konzentrierten sich auf die Außenmembranvesikel (OMV) von E. coli O83 und die positiven Auswirkungen, die zur Reduktion von allergischer Atemwegsentzündung beigetragen haben. In dieser Thesis konzentrierten wir uns weiter auf die Forschung von den immunomodulatorischen Auswirkungen durch OMV entstammend von E. coli O83 (EcO83-OMV), indem wir sie von dem Elternstamm, den E. coli O83, durch Ultrazentrifugation isolierten. Des Weiteren analysierten wir sie mit Hilfe des Limulus Amoebocyte Lysate Assay (LAL) Assays und Bicinchoninic Acid (BCA) Assays und die Charakterisierung der Vesikel erfolgte über die Nanopartikel Tracking Analyse (NTA) und Transmission Elektron Mikroskopie (TEM). Wir wollten im weiteren Detail wissen, ob EcO83-OMV mit den Wirtsimmunsystem über den Toll-like Rezeptors (TLR) 4 durch das Lipopolysaccharid (LPS) der Vesikel interagiert und ob Toll-like Rezeptor9 (TLR9) auch ein wichtiger Rezeptor für die Immunantwort ist. Betrachtet man die Rolle von TLR4 in der Erkennung von EcO83-OMV, war es uns möglich eine TLR4-Abhängigkeit in der Interaktion mit dem Immunsystem in vivo zu sehen, in dem wir OVA-induzierte allergische TLR4 Knock-out (KO) BALB/c Mäuse intranasal mit EcO83-OMV behandelt haben. In vitro war es uns ebenfalls möglich eine TLR4 Abhängigkeit zu beobachten, indem wir Milzzellen und Knochenmark entstammende dendritische Zellen (BMDCs) von TLR4 KO BALB/c Mäusen und BALB/c Wildtyp (WT) Mäusen mit EcO83-OMV stimulierten. Verschiedenste Zytokine wurden in TLR4 KO Mäusen hinunterreguliert wie IL-6, TNF-α, IL-1β, IL-12/23p40 und IL-23. Die in vitro stimulierten Milzzellen und BMDCs von TLR9 KO C57BL/6J und C57BL/6J WT Mäusen zeigten keine TLR9 abhängigen immunomodulatorischen Auswirkungen bei EcO83-OMV.
In unseren vorherigen Studien wurde ein hoher Level an IL-1β Zytokinproduktion, von E. coli O83 Bakterien induziert, beobachtet und wir wollten hier testen, ob ähnliche Auswirkungen mit EcO83-OMV reproduziert werden und ob IL-1β durch EcO83-OMV eine Rolle in der Vorbeugung von experimentellen OVA-induzierten allergischen Atemwegsentzündung spielt. Deswegen wurden IL-1β KO C57BL/6J Mäuse intranasal mit EcO83-OMV behandelt, gefolgt von einer allergischen Sensibilisierung und Atemwegs Challenge. Die Ergebnisse indizieren, dass die immunomodulatorischen Effekte der EcO83-OMV nicht IL-1β abhängig waren, wir konnten noch immer positive Auswirkungen wie die Reduktion von Zuwanderung an Eosinophilen in Bronchoalveolarlavage Flüssigkeit sehen, die Reduktion von Th2 Zytokinen und die Zunahme von regulatorischen/anti-inflammatorischen Zytokinen.
Um weitere Mechanismen von EcO83-OMV und der Interaktion mit ihrem Wirtsimmunsystem durch die Pattern Recognition Receptors (PRRs) zu studieren, führten wir mehrere in vitro Studien mit Human Embryonic Kidney Cellls 293 (HEK 293), die mit TLR4, TLR2, TLR2/CD14 und Nucleotide-Binding Oligomerization Domain-Containing Protein 1 (NOD1) und NOD2 transfiziert waren. Wir beobachteten eine IL-8 Zytokinproduktion induziert von EcO83-OMV bei TLR4, TLR2, TLR2/CD14, NOD1 und NOD2 transfizierte HEK 293 Zellen, was darauf hinweist, dass EcO83-OMV verschiedene Rezeptoren verwendet, um mit dem Wirtsimmunsystem zu interagieren.
EcO83-OMV sind ein versprechendes Werkzeug für zukünftige Forschungen, um sie für die Vorbeugung und/oder als Behandlung von allergischen Erkrankungen in Menschen einzusetzen.
Abstract
(Englisch)
E. coli A0 34/86 (E coli O83; serotype O83:K24:H31) has already been used for a long period of time as a probiotic bacterium and is commercially available as Colinfant Newborn and is known to reduce the development of atopic diseases in infants. It has been shown that oral application of E. coli O83 to neonates reduces allergic sensitization later in life but had no beneficial effects on allergic lung disease. Different results showed that it reduces several allergic hallmarks when administered intranasally in ovalbumin (OVA)-induced allergic mouse models. Further studies concentrated on the outer membrane vesicles (OMV) of E. coli O83 and their beneficial effects that contributed to the reduction of allergic airway inflammation were observed. In this thesis we continued the studies emphasizing on the immunomodulatory effects of E. coli O83 derived OMV (EcO83-OMV) by isolating them from the parental E. coli O83 strain by ultracentrifugation, furthermore, analysing them bz Limulus amoebocyte lysate (LAL) assay and Bicinchoninic acid (BCA) assay and characterising them via nanoparticle tracking analysis (NTA) and transmission electron microscopy (TEM). We wanted to know in more detail if EcO83-OMV interact with the host immune system via the toll-like receptor (TLR) 4 and TLR9. We have shown that TLR4-dependency in the interaction of EcO83-OMV with the immune system in vivo in a mouse model of OVA-induced allergy in TLR4 knockout (KO) BALB/c mice which were intranasally treated with EcO83-OMV. The TLR4 dependency was confirmed in vitro we could also observe a TLR4 dependency by stimulating splenocytes and bone marrow derived dendritic cells (BMDCs) from TLR4 KO BALB/c mice with EcO83-OMV. Several cytokines were downregulated in TLR4 KO mice including IL-6, TNF-α, IL-1β, IL-12/23p40 and IL-23 when compared to wild type (WT) controls. The in vitro stimulation of TLR9 KO C57BL/6J and C57BL/6J WT mice showed no TLR9-dependency in the immunomodulatory effects of EcO83-OMV.
In our preliminary studies, E. coli O83 bacteria, induced high levels of IL-1β. Here we tested whether EcO83-OMV reproduce the effect of the parent bacteria and whether IL-1β plays a role in the prevention of experimental OVA-induced allergic airway inflammation by EcO83-OMV. Therefore, IL-1β KO C57BL/6J mice were treated intranasally with EcO83-OMV followed by allergic sensitization and airway challenge. The results indicate that the immunomodulatory effects of EcO83-OMV were not IL-1β dependent. The beneficial effects of EcO83-OMV-treatment such as reduction of eosinophilic infiltration in bronchoalveolar lavage fluid and reduction of Th2 cytokines in the lungs accompanied by increase of regulatory/anti-inflammatory cytokines was observed in these mice.
To study further the mechanisms how EcO83-OMV interact with the host immune system through their pattern recognition receptors we performed several in vitro studies with human embryonic kidney 293 (HEK 293) cells transfected with human TLR4, TLR2, TLR2/CD14, nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein (NOD) 1 and NOD2. We observed an IL-8 cytokine production induced by EcO83-OMV in TLR4, TLR2, TLR2/CD14, NOD1 and NOD2 transfected HEK 293 cells, which indicates that EcO83-OMV use these different receptors to interact with the host immune system.
EcO83-OMV are a promising tool for future studies in order to apply them as a treatment for prevention and/or treatment of allergic disease in humans.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
EcO83-OMV outer membrane vesicles E. coli O83 immunomodulatory effects allergic airway inflammation probiotic Bacteria
Schlagwörter
(Deutsch)
EcO83-OMV Außenmembranvesikel E. coli O83 immunmodulatorische Effekte allergische Atemwegsentzündung probiotische Bakterien
Autor*innen
Daniela Kerekes
Haupttitel (Englisch)
EcO83-OMV and their interaction with the host immune system
Paralleltitel (Deutsch)
EcO83-OMV und dessen Interkation mit dem Wirtsimmunsystem
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
77 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Irma Schabussova
Klassifikationen
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
44 Medizin > 44.45 Immunologie
AC Nummer
AC16481498
Utheses ID
60408
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |