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Fakten und Fragen zu BSE

23.04.2001
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PRIONEN-KRANKHEITEN

Fakten und Fragen zu BSE

von Diethard Baron, Penzberg

BSE ist in aller Munde. Diese doppeldeutige Aussage kann jeder interpretieren, wie er mag, ganz in Abhängigkeit von seinen Essgewohnheiten. Unumstritten ist jedoch, dass BSE ein beherrschendes Thema von Stammtischen, Kaffeekränzchen und Sauna-Smalltalks ist. BSE berührt jeden, denn essen muss jeder, so dass die uns alle interessierende zentrale Frage ist, welche Nahrungsmittel man noch bedenkenlos zu sich nehmen kann und welche Gesundheitsrisiken mit der täglichen Nahrungsaufnahme verbunden sind. Zu sehr häufen sich beunruhigende Meldungen über Antibiotika-Missbrauch, skandalöse Zustände in der Massentierhaltung und Maul- und Klauenseuche.

Dieser Titelbeitrag soll die wissenschaftlichen Fakten zu Ursachen und Übertragbarkeit von BSE sowie die Möglichkeiten der BSE-Testung vorstellen. Ebenso werden der kausale Zusammenhang zwischen BSE und vCJD sowie die noch zahlreichen Rätsel und Ungereimtheiten hinsichtlich der Ursache und des Auftretens von BSE gezeigt.

TSE und BSE

BSE zählt zu der Gruppe der transmissiblen spongiformen Enzephalopathien (TSE), die bei Mensch und Tier vorkommen. Beim Menschen sind mindestens fünf derartige Krankheiten bekannt: CJD (Creutzfeldt Jacob Disease, Creutzfeldt-Jacob-Krankheit), GSSS (Gerstmann-Scheinker-Sträussler-Syndrom), FFI (fatal familial insomnia, tödliche familiäre Schlaflosigkeit), Kuru und vCJD (variante Form der CJD). Spongiforme Enzephalopathien konnten bisher bei etwa 30 Tierarten nachgewiesen werden, unter anderem bei Schafen, Rindern, Katzen und 24 Wildtierarten wie Antilope, Bison, Tiger, Gepard und Ozelot (1). Sie zeigen mehrere Gemeinsamkeiten.

 

Besonderheiten aller TSE

  • Schwammartige oder löchrige Zerstörung der Gehirnsubstanz, verbunden mit Symptomen wie Bewegungsstörungen, Orientierungsverlust, Lähmungen, Verhaltensveränderungen, Gedächtnisverlust, Krämpfe, Koma und Tod.
  • Ablagerung von Proteinaggregaten im Gehirn, so genannte amyloide Plaques (11);
  • lange Inkubationszeiten, die ein Viertel bis ein Drittel der Lebensspanne des betroffenen Individuums betragen können;
  • keine nachweisbaren Erreger wie beispielsweise Viren oder Bakterien und keine nachweisbare Erbsubstanz (DNA, RNA) von Erregern;
  • keine Anzeichen von Immunreaktionen, zum Beispiel von Entzündungsreaktionen (1);
  • experimentell auf andere Tiere übertragbar;
  • die Krankheiten enden immer tödlich; eine effektive Therapie ist momentan nicht verfügbar.
  • Auslöser ist höchstwahrscheinlich ein fehlerhaft gefaltetes (Abfall-) Protein, genannt Prion.

 

BSE und wahrscheinlich auch vCJD scheinen in ihrer aktuellen Ausprägung menschenverursachte Krankheiten zu sein, wobei der Mensch - meistens aus Profitgier - drei folgenreiche Fehler begangen hatte. Er verfütterte Tiermehl an vegetarisch lebende Rinder. Ziel ist es, in einer möglichst kurzen Zeit von etwa 36 Monaten das optimale Schlachtgewicht, das heißt eine tägliche Zunahme des Körpergewichts von mindestens einem Kilogramm zu erreichen. Mit rein vegetarischer Kost ist diese unnatürlich rasche Gewichtszunahme nicht zu erreichen. Dabei verfütterte man ungenügend hitzeinaktiviertes Tiermehl, das Reste von Scrapie-erkrankten Schafen enthielt. Bei der Tiermehlherstellung wurde das Kadavermaterial anstatt mit den vorgeschriebenen 20 Minuten bei 133 °C und 3 bar Überdruck oft nur bei 80 °C und 1 bar Überdruck behandelt. So soll Scrapie auf Rinder übertragen worden sein, BSE wäre dann letztendlich Rinder-Scrapie: falsche Sparsamkeit mit fatalen Folgen. Schließlich verzehrte der Mensch das BSE-infizierte Fleisch, was nach dem momentanen Kenntnisstand wahrscheinlich zu vCJD führt.

Das Prion

Prion ist ein Kunstwort für "proteinaceous infectious particle". Die Idee, dass ein Protein der eigentliche Auslöser von spongiformen Enzephalopathien sein könnte, wurde erstmals von Stanley Prusiner 1982 geäußert, eine zu diesem Zeitpunkt revolutionäre, ja fast ketzerische und zuerst auch wenig ernst genommene Hypothese. In den folgenden 15 Jahren wurde jedoch eine Reihe wissenschaftlicher Beweise für die Richtigkeit zusammengetragen, die letztlich in das (fast) allgemein akzeptierte Konzept der Prionenerkrankungen mündete. 1997 wurde Prusiner für seine Pionierleistungen mit dem Nobelpreis geehrt.

Ein herausragendes Merkmal des infektiösen Prions ist seine ungewöhnliche Stabilität. Es ist widerstandsfähig gegenüber vielen Agentien und Maßnahmen (Tabelle 1). Das Protein wird jedoch teilweise bis vollständig zerstört durch Behandlung für 20 Minuten bei 133 °C und 3 bar Überdruck sowie einige Proteasen. Manche Experten vermuten, dass diese für Proteine extreme thermische Behandlung für eine komplette Zerstörung des infektiösen Potenzials immer noch nicht ausreicht und dass dies erst durch eine Behandlung für 30 Minuten bei 140 °C und 3,6 bar Druck erreicht wird.

 

Tabelle 1: Maßnahmen, die Prionen nicht zerstören können

Maßnahme 

Bedingungen

kochendes Wasser 

30 min.

Desinfektionsmittel 

1 Prozent Formalin für 1 Stunde

Sterilisation 

30 Minuten bei 121 °C und 1 bar Überdruck

UV-Licht 

  

Röntgenstrahlung 

20 Gy für 10 min.

Magensäure und Verdauungsenzyme 

   

 

Das Prion besteht aus 254 bis 273 Aminosäuren und ist ein lipophiles Glycoprotein mit einem Molekulargewicht von etwa 35 kDa. Es gibt zwei prinzipiell unterschiedliche Formen des Prions, eine natürliche und damit harmlose Form, die PrPc (prion protein cellular) genannt wird, und eine infektiöse Form, die PrPBSE genannt wird. Beide Proteintypen haben eine identische Aminosäuresequenz (Primärstruktur), unterscheiden sich jedoch in der räumlichen Struktur. Beim PrPc beträgt der Anteil an a-Helix-Bereichen 43 Prozent (grüne Bereiche) und der Anteil an b-Faltblatt-Strukturen 12 Prozent (blaue Bereiche), während beim PrPBSE der Anteil an a-Helix-Bereichen 34 Prozent und der an b-Faltblatt-Strukturen 43 Prozent beträgt. Und genau diese Unterschiede in der räumlichen Struktur entscheiden über die krankmachende Wirkung des Proteinmoleküls.

Das natürliche Molekül PrPc kommt in großen Mengen auf allen Gehirn- und Nervenzellen vor, in geringer Menge auch auf Zellen von Auge, Herz, Lunge, Darm, Milz, Thymus, Lymphknoten und Blutgefäßen (15). Es unterliegt in den Gehirnzellen einem "Proteinkreisverkehr". Es wird in der Zelle neu gebildet, in die Zellmembran eingebaut (wo es seine noch unbekannte biologische Aufgabe erfüllt), wieder ins Zellinnere zurücktransportiert und dort von zellinternen Proteasen abgebaut. Neueste Befunde zu seiner biologischen Funktion scheinen darauf hinzudeuten, dass PrPc am Zellschutz gegenüber oxidativem Stress beteiligt ist. Zellen, die das krankmachende PrPBSE tragen, sind gegenüber aggressiven Sauerstoffradikalen anfälliger. Es werden drei mögliche Funktionen von PrPc diskutiert:

  • Es steuert die Aufnahme von Kupferionen in die Zelle. Enzyme, die am Abbau der Sauerstoffradikale beteiligt sind, benötigen oder enthalten Kupferionen.
  • PrPc ist selbst ein Protein, das Sauerstoffradikale beseitigen kann.
  • PrPc ist ein Sensormolekül, das bei erhöhten Sauerstoffradikalwerten enzymatische Mechanismen aktiviert, die die Zelle vor oxidativem Stress schützen (2).

Andere mögliche Funktionen von natürlichem Prionprotein sind die Beteiligung an der inneren Uhr oder bei der Dämpfung von Nervenimpulsen (15).

Prionen als Krankheitsverursacher

Die Richtigkeit der Prionen-Idee wurden vorwiegend mit Experimenten an Knock-out-Mäusen (K.-o.-Mäusen) untermauert, bei denen das PrPc-Gen mittels gentechnischer Methoden gezielt inaktiviert worden war, so dass die Zellen das natürliche Protein mehr bilden konnten.

K.-o.-Mäuse können selbst durch eine intrazerebrale Injektion des krankheitsverursachenden Prions nicht mehr infiziert werden. Normale Mäuse erkranken innerhalb von 180 Tagen. Nach der Injektion kommt es bei ihnen zu einer massiven Prionenvermehrung, nach 180 Tagen enthält das Mäusegehirn etwa 109 infektiöse Proteinpartikel pro Gramm Gehirngewebe. Im Gehirn von K.-o.-Mäusen vermehren sich die Prionen nicht. Knock-in-Mäuse, denen das intakte Gen wieder übertragen wurde, sind wie die Normaltiere mit dem infektiösen Prion infizierbar. Werden pro Zelle mehrere Kopien des krankheitsverursachenden Prion-Gens transfiziert, sind die Tiere anfälliger, und die Inkubationszeit verkürzt sich von 180 auf 60 Tage.

Nukleinsäure zerstörende Maßnahmen (Behandlung mit RNasen und DNasen, Hitze bis 100 °C) können die Infektiosität des "Erregers" nicht beeinträchtigen, so dass man davon ausgehen kann, dass Nukleinsäuren und Nukleinsäure tragende Organismen als Erreger ausscheiden. Protein zerstörende Einflüsse (Protease-Behandlung) können die Infektiosität des krankheitsauslösenden Prions partiell oder vollständig zerstören.

Bemerkenswert ist, das K.-o.-Mäuse keine sichtbaren Schäden zeigen, was darauf hindeutet, dass PrPc für ein "normales" Mäuseleben relativ unwichtig ist. Diese Tatsache erschwert die Bestimmung der eigentlichen biologischen Funktion des natürlichen Prionmoleküls.

Mit einer Wahrscheinlichkeit von ungefähr 1:1 Million kann ein Säugetier ohne Mutation im Prion-Gen (Prn-p genannt) an einer transmissiblen spongiformen Enzephalopathie erkranken. Definierte Spontanmutationen im Prn-p-Gen führen beim Menschen zu den erwähnten spongiformen Enzephalopathien wie CJD, FFI und GSSS (11). Auch Hefen und Pilze besitzen Prionen-ähnliche Proteine, die sowohl zur Schädigung als auch zum Vorteil des Organismus dienen können (11).

Infektion nach dem Regenschirmmodell

Der Infektionsverlauf ist durch zwei herausragende Ereignisse gekennzeichnet: das Umklappen des PrPc zum PrPBSE und die irreversible Zerstörung der Gehirnzelle. Im Gehirn vorliegendes PrPBSE wird wie das natürliche PrPc in die Zellmembran von Gehirnzellen eingelagert. Durch den bloßen Kontakt von PrPBSE mit PrPc wird dem natürlichen Protein die krankmachende Struktur aufgedrückt, so dass aus dem harmlosen Molekül ebenfalls ein infektiöses Agens geworden ist, das seinerseits andere PrPc umformen kann. Dieser Vorgang setzt sich lawinenartig auf der Zelloberfläche fort, bis alle PrPc-Moleküle krankhaft verändert wurden. Die PrPBSE-Proteine werden zwar durch den Proteinkreisverkehr noch in das Zellinnere zurücktransportiert, können jedoch durch die Proteasen nicht mehr vollständig abgebaut werden und verklumpen miteinander zu unlöslichen Proteinaggregaten, die letztlich den Zelltod auslösen.

Die Akkumulation solcher Proteinaggregate aktiviert zudem Gliazellen, die dadurch zur Produktion von proinflammatorischen Zytokinen und neurotoxischen Faktoren angeregt werden. Freigesetzte PrPBSE können jetzt wieder neue Gehirnzellen befallen. Im Endeffekt werden Tausende bis Millionen von Gehirnzellen zerstört, was zu dem charakteristischen anatomisch-pathologischen Bild der schwammartigen Löcher führt.

Dieser Umformungsprozess wird auch oft als Proteinprägemechanismus oder Regenschirmmodell bezeichnet, da das Prion, analog dem Regenschirm, nur zwei mögliche Formen annehmen kann. Die Einzelheiten der Proteinumfaltung sind noch nicht genau bekannt; es werden verschiedene Modelle und Mechanismen diskutiert (11).

Sprung über die Artengrenze

Das Überspringen der Artenbarriere wird durch zwei Faktoren bestimmt: zum einen die Ähnlichkeit der Aminosäurensequenz, zum anderen die Stärke des direkten molekularen Kontaktes zwischen der normalen und der infektiösen Prionenform. Schaf- und Rinderprionen unterscheiden sich nur in sieben Positionen, Rinder- und Humanprionen in 30 Positionen (15). Die Übertragung kann entweder oral über die Nahrung oder experimentell durch intrazerebrale Injektion erfolgen. Eine orale Übertragung ist möglich von Rind auf Rind, Schaf, Maus, Ziege, Nerz, Katze und Affe. Eine Infektion durch intrazerebrale Injektion ist möglich von Rind auf Rind, Nerz, Maus, Affe und Schwein (1, 11). Nach der Übertragung treten bei den Tieren krankhafte Veränderungen auf:

  • Spätestens drei Jahre nach dem Verfüttern von PrPBSE-haltigem Material entwickeln Makaken die Symptome von vCJD. Makaken können auch mit menschlichen CJD-Prionen infiziert werden und entwickeln innerhalb von wenigen Monaten Symptome von menschlichem CJD (1).
  • Ein bis sechs Jahre nach dem Verfüttern von PrPBSE-haltigen Material entwickeln Schafe Symptome von BSE (nicht Scrapie!).
  • Nach dem Verfüttern von Hirn- und Milzgewebe BSE-erkrankter Schafe entwickeln Mäuse Symptome von BSE.
  • Trächtige Kühe geben mit etwa zehnprozentiger Wahrscheinlichkeit die Krankheit auf die Kälber in utero weiter. Eine Infektion über die Milch konnte bisher nicht eindeutig nachgewiesen werden.
  • Schweine, Geflügel und Fische sind nach dem bisherigen Kenntnisstand über die Nahrung nicht infizierbar. Auf Grund der langen Inkubationszeiten ist eine genauere Aussage aber nicht möglich (1).
  • Eine Übertragung von Scrapie auf den Menschen konnte in den vergangenen 200 Jahren nicht nachgewiesen werden. Der Grund liegt wahrscheinlich in der molekularen Bauart der Prionen beider Spezies. Menschliches PrPc hat gegenüber dem Schaf-PrPc in Position 143 die Aminosäure Serin anstatt Asparagin und in Position 155 Histidin statt Tyrosin. Beide Positionen sind für die Strukturumwandlung in die infektiöse Prionenform entscheidend.

Wie unterscheiden sich CJD und vCJD?

Die Creutzfeldt-Jacob-Erkrankung (CJD) wurde erstmals 1920 durch den Kieler Neurologen Hans-Gerhard Creutzfeldt und den Hamburger Neurologen Alfons Jacob beschrieben. Sie bezeichneten die Krankheit auch als "Alzheimer im extremen Zeitraffer". Diese beginnt vorwiegend im mittleren Alter, das Todesalter liegt deutlich über 60 Jahren. Die typischen Symptome sind Gedächtnisschwund, Depressionen, Orientierungsverlust, fortschreitende Demenz, Persönlichkeitsveränderungen, Lähmungen und Krämpfe. Im Finalstadium treten Koma und Tod ein. Die Krankheitsdauer variiert von acht Monaten bis drei Jahren. Eine sichere Diagnose ist erst post mortem anhand der pathologisch-anatomischen Veränderungen im Gehirn möglich, wobei das herausragende Merkmal eine löchrige Zersetzung (spongiform) mit massivem Verlust an Gehirnzellen ist. Vereinzelt werden auch Prionenablagerungen beobachtet. Die Krankheitshäufigkeit liegt bei 1:1 Million pro Jahr. In Deutschland gibt es 364 bekannte CJD-Fälle (Stand 12/1999). Etwa 15 Prozent der Krankheitsfälle scheinen erblich bedingt zu sein.

Bei der varianten Form, genannt vCJD oder nvCJD (neue Variante von CJD), treten sehr ähnliche Symptome auf und auch die anatomisch-pathologischen Gehirnbefunde sind annähernd gleich. Sie unterscheidet sich jedoch in vier Punkten deutlich von der klassischen Form, so dass man von einer neuen Krankheit sprechen muss:

  • Das Erkrankungsalter liegt wesentlich tiefer, und schon junge Personen sind betroffen (jüngster Fall 13 Jahre, Durchschnittsalter 27 Jahre). Aber auch bei einem 74-jährigen Mann wurde vCJD sicher diagnostiziert.
  • Der Krankheitsverlauf ist wesentlich beschleunigt, und die Patienten sterben im Durchschnitt innerhalb von sechs bis 14 Monaten nach gesicherter Diagnose.
  • In den abgestorbenen Gehirnbezirken finden sich massive Ablagerungen von Prionen.
  • Die Vermehrung von vCJD hervorrufenden Prionen ist nicht auf das zentrale Nervensystem beschränkt, sondern man findet sie auch in lymphoiden Geweben wie Appendix und Tonsillen, was die Möglichkeit für eine Frühdiagnose am lebenden Menschen eröffnet. Entsprechende Tests sind jedoch noch nicht verfügbar (1).

Infektionsexperimente mit transgenen Mäusen haben beeindruckend belegt, dass infektiöse Prionen, die zu BSE oder Tier-vCJD führen, im Labor nicht zu unterscheiden sind. Diese Prionen zeigen jedoch gegenüber Scrapie-Prionen andere Eigenschaften (1).

Ist vCJD die humane Form von BSE?

Verschiedene experimentelle Daten sprechen fast eindeutig für einen Zusammenhang zwischen vCJD und BSE (11): Transgene Mäuse, denen das menschliche Priongen Prn-p übertragen worden war, starben nach intrazerebraler Inokulation von BSE-Prionen an TSE. Ebenso starben Mäuse, denen das bovine Prn-p-Gen übertragen worden war, nach intrazerebraler Inokulation von humanen CJD-Prionen an TSE. Normale Mäuse (Wildtyp-Mäuse), denen menschliche CJD-Prionen oder bovine BSE-Prionen intrazerebral verabreicht worden waren, entwickelten nach der gleichen Zeitspanne TSE mit identischen Gehirnschäden.

Eine erbliche Komponente konnte bei vCJD bisher nicht sicher nachgewiesen werden. Die individuellen Schwankungen in der Krankheitsdauer lassen jedoch eine gewisse genetische Disposition vermuten. Über die Inkubationszeit kann man momentan nur spekulieren, die Angaben schwanken zwischen 10 und 40 Jahren.

Der erste Fall von vCJD trat im März 1996 in England in Ashford (Grafschaft Kent) auf (11). Bis zum 2. März 2001 gab es in England 86 bestätigte Fälle und neun Verdachtsfälle von vCJD, in Frankreich drei bestätigte Fälle und in der Republik Irland einen bestätigten Fall (bis 18. Januar 2001). Bisher wurde in Deutschland noch keine gesicherte vCJD-Erkrankung beobachtet (1, 12). Da jedoch eine auffällige Korrelation zwischen der Häufigkeit der festgestellten BSE- und vCJD-Fälle besteht (in England 180 903 BSE-Fälle, 86 vCJD-Fälle, Stand 2. März 2001), ist zu vermuten, dass man in Ländern mit bisher geringen BSE-Zahlen (Portugal 509, Schweiz 370, Frankreich 278; Stand 2. März 2001) auch mit weniger vCJD-Erkrankungen rechnen muss (12).

Therapie gegen vCJD?

Bisher gibt es noch keine zugelassenen Medikamente gegen Prionenerkrankungen, speziell gegen vCJD. Dies liegt erstens daran, dass noch viel zu wenige Details über die Krankheitsentstehung und den Verursacher bekannt sind, um gezielt und kausal behandeln zu können. Zweitens ist auch die Anzahl an Patienten viel zu gering, als dass die Industrie eine Medikamentenentwicklung beginnen würde.

Allerdings konnte Pentosanpolyphosphat, ein in den USA zur Behandlung von Harnwegsinfektionen zugelassenes Medikament, bei einem bestimmten Mausstamm den Ausbruch von muriner Scrapie vollständig unterdrücken (12). Weitere Substanzen wie der Farbstoff Congo-Rot, das polyene Makrolid-Antibiotikum MS-8209 oder das Doxorubicin-Derivat IDX konnten im Tiermodell den Krankheitsausbruch nur verzögern, aber nicht verhindern. Diese Medikamente scheinen die Aufnahme des PrPBSE in die Zelle, den Proteinumformungsmechanismus oder die zerstörende Wirkung der Proteinaggregate zu beeinflussen.

Drei Schnelltests in der EU zugelassen

Bisher haben drei BSE-Schnelltests die EU-Zulassung erhalten (3), fünf weitere gebrauchsfertige Tests befinden sich in der Evaluierungsphase (14):

  • Prionics Check, ursprünglich entwickelt von der Firma Prionics AG (Zürich, Schweiz), wird seit dem 1. Februar 2001 von Roche Diagnostics weltweit vermarktet. Der Test basiert auf dem Western-Blot, die Testdauer beträgt sieben bis acht Stunden. Zusammen mit dem Roche Forschungszentrum in Penzberg soll der Test weiter optimiert und eine automatische Teststation entwickelt werden (6).
  • Platelia® BSE-Test wird von der Firma Bio-Rad Laboratories (USA) vertrieben und wurde zusammen mit der Commission de L'Energie Atomique (Frankreich) entwickelt. Zugrunde liegt ein ELISA; die Testdauer beträgt vier bis sieben Stunden.
  • Enfer TSE der Firma Enfer Technology (Irland) basiert auf dem ELISA-Prinzip; die Testdauer beträgt vier Stunden (4).

Alle drei Tests verwenden spezifische Antikörper gegen das Bruchstück PrP27-30. Werden PrPc und PrPBSE mit dem proteolytischen Enzym Proteinase K behandelt, wird PrPc vollständig verdaut, während PrPBSE auf Grund seiner strukturellen Verschiedenheit nur partiell verdaut wird. Es verbleibt das Proteinase-K-resistente Fragment PrP27-30, das anschließend nachgewiesen wird (4). Eine weitere Gemeinsamkeit: Die Tests können erst post mortem durchgeführt werden und benötigen weniger als ein Gramm Gewebe aus dem Stammhirn, in dem besonders viele PrPBSE-Moleküle akkumuliert werden.

Seit dem 6. Dezember 2000 müssen in Deutschland alle Schlachtrinder ab einem Alter über 30 Monaten mit einem Schnelltest überprüft werden. Diese Regelung soll ab dem 1. Juli 2001 auch europaweit gelten. Seit 31. Januar dieses Jahres müssen in Deutschland alle Schlachtrinder mit einem Alter von 24 Monaten überprüft werden. Hier hat Deutschland eine Vorreiterrolle, eine EU-weite Gültigkeit dieser Vorschrift ist nicht in Sicht.

In 27 deutschen Untersuchungsämtern wird zu über 80 Prozent der Platelia® BSE-Test verwendet, in den übrigen Fällen der Prionics Check, manchmal auch beide Tests parallel (Tabelle 2). Die gemeinsame Schwachstelle aller drei Tests ist die nicht ausreichende Empfindlichkeit. Die Krankheit muss sich in einem fortgeschrittenen Stadium mit entsprechend starker Anhäufung von BSE-Prionen befinden, damit man klare Testergebnisse erhält. Deshalb wenden offizielle Behörden und Institute in Verdachtsfällen oder zur Absicherung einer Diagnose andere Methoden wie Histopathologie und Immunhistochemie an. Neue Techniken wie Immuno-PCR und Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) könnten die Testempfindlichkeit deutlich verbessern.

 

Tabelle 2: BSE-Tests, die deutsche Untersuchungsämter einsetzen (Stand 1. Dezember 2000, modifiziert aus [4])

BundeslandAmt/Orteingesetzter Test Baden-Württemberg Aulendorf, Freiburg, Karlsruhe-Heidelberg, Sigmaringen, Stuttgart Bio-Rad Platelia® Bayern Südbayern, Oberschleißheim, Nordbayern, Erlangen Bio-Rad Platelia® Berlin Berlin Bio-Rad Platelia® Brandenburg Potsdam, Frankfurt/Oder Prionics Check Bremen Bremen Bio-Rad Platelia® Hamburg Hamburg Bio-Rad Platelia® Hessen Giessen Bio-Rad Platelia® Mecklenburg-Vorpommern Rostock, Schwerin Bio-Rad Platelia® und Prionics Check Niedersachsen Hannover, Oldenburg Bio-Rad Platelia® und Prionics Check Nordrhein-Westfalen Arnsberg, Detmold, Krefeld, Münster Prionics Check Rheinland-Pfalz Koblenz Bio-Rad Platelia® Saarland Saarbrücken Bio-Rad Platelia® Sachsen Leipzig Bio-Rad Platelia® Sachsen-Anhalt Stendal Bio-Rad Platelia® Schleswig-Holstein Neumünster Bio-Rad Platelia® Thüringen Bad Langensalza Bio-Rad Platelia® und Prionics Check

 

 

Risikomaterial auf der Spur

Seit dem 1. Oktober 2000 ist es gesetzlich verboten, Risikomaterial wie Hirn und Rückenmark sowie Separatorenfleisch (Restfleisch, das Schädelknochen und Wirbelsäule anhaftet und mechanisch davon abgelöst wird) zur Herstellung von Lebensmitteln zu verwenden. Es muss unschädlich beseitigt werden.

Der seit März 2001 verfügbare Ridascreen® ELISA-Test der Firma R-Biopharm GmbH kann innerhalb von nur einer Stunde Risikomaterial in Fleisch- und Wurstwaren nachweisen. Die Nachweisgrenze liegt bei 0,2 Prozent Hirnmaterial und 0,01 Prozent Rückenmark in rohem wie auch prozessiertem Material (16). Der von der gleichen Firma angebotene SureFood® PCR-ELISA dient dem Nachweis und der Differenzierung von Tierarten in Fleischprodukten. Erfasst wird Material von Rind, Schwein, Schaf, Ziege, verschiedene Geflügel und Wild. Weiterhin können Futtermittel auf tierische Inhaltsstoffe verschiedener Spezies untersucht werden (16).

Der Brainostic-Test von der Firma Schebo Biotech AG soll ab 2002 routinemäßig eingesetzt werden, um potenziell PrPBSE-haltiges Risikomaterial wie Gehirn oder Rückenmark in Nahrungsmitteln aufzuspüren (7). Der Test basiert auf dem Western-Blot-Prinzip und verwendet Antikörper gegen neuronenspezifische Proteine wie neuronenspezifische Enolase (NSE) oder saures Gliafaserprotein (GFAP). Die Trefferquote liegt zur Zeit bei 95 Prozent, da gering kontaminierte Körperteile wie Eingeweide, Thymus, Tonsillen und Kopf nicht erfasst werden. Die Empfindlichkeit liegt bei 0,01 Prozent Gewichtsanteilen, das entspricht etwa 100 Mikrogramm spezifischem Nachweisprotein in einem Gramm Gewebe.

"Ohrmarke" mit Antikörpern

Die Firma November AG (Erlangen) bietet eine immunologische Markierungstechnik an, mit der der Weg eines Tieres von der Geburt bis in den Supermarkt unverwechselbar nachvollzogen werden kann. Die Tiere werden kurz nach der Geburt mit definierten Proteinfragmenten immunisiert, die zur Bildung von Antikörpern führen, die für jedes Tier charakteristisch sind. Die Antikörper können mit immunologischen Techniken, vorzugsweise dem ELISA, in Fleisch, Blut und Milch nachgewiesen werden und dienen als "Personalausweis" für jedes Rind. Die EU denkt an eine standardmäßige Einführung dieses Tests (14).

Tests am lebenden Tier

Dringend benötigt werden Tests am lebenden Tier. Einige Firmen arbeiten intensiv an solchen Analysesystemen (3).

  • Die Firma Boehringer Ingelheim Vetmedica etabliert zurzeit einen Bluttest zum Nachweis von BSE-Prionen-bezogenen Substanzen mittels spezifischer Antikörper.
  • Das Universitätshospital in Zürich hat herausgefunden, dass natürliches Plasminogen PrPBSE binden kann, was die Grundlage für ein neuartiges, in der Erprobungsphase befindliches Testprinzip darstellt.
  • Die Firma Evotec entwickelt zusammen mit Professor Kretschmar (München) Blutteste zum Nachweis von BSE und vCJD.
  • Das amerikanische Department of Agriculture bietet seit 1996 einen kapillarimmunelektrophoretischen Test zur Identifizierung des Scrapie-auslösenden PrPSc-Proteins an und möchte diesen Test an die BSE-Diagnostik anpassen.
  • In Zusammenarbeit mit der Firma Prionics AG entwickelt Roche Diagnostics einen BSE-Bluttest (6).
  • Mit Hilfe einer optimierten Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) ist es der Firma Zeiss erstmals gelungen, die Prionen-Aggregation direkt zu beobachten und geringste Mengen dieser Aggregate im Spinalliquor nachzuweisen. Mit der FCS können Konzentration und Bindungsverhalten einzelner Proteinmoleküle bestimmt werden. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für ein neues Testverfahren für BSE, vCJD und Alzheimer (13).

Weitere Firmen, die intensiv an Bluttesten arbeiten, sind Gene-Scan Europe (Freiburg), Idexx Laboratories (Westbrook, USA), Caprion Pharmaceuticals (Montreal) und Prion Developmental Labs (Buffalo Grove, USA) (14).

Am Verhalten des lebenden Tieres setzt der Swiss BSE-Check an. Diese Methode wird seit 1996 in der Schweiz routinemäßig eingesetzt und erfasst BSE-bedingte Verhaltensstörungen. Die Trefferquote liegt bei über 90 Prozent und eignet sich für Rinder ab einem Alter von drei Jahren. Generell zeigen BSE-erkrankte Tiere übertrieben schreckhafte Reaktionen, wenn sie durch eine Stalltür geführt werden, über eine Stange steigen müssen und am Hals oder Hinterbein berührt werden. Bei Blitzlicht reagieren sie fast panisch. Weitere Hinweise, die jeder Tierhalter durch wachsames Beobachten seiner Tiere feststellen kann, sind häufiges Über-das-Maul-Lecken, Gewichtsverlust, Rückgang der Milchproduktion und Zähneknirschen.

Fragen und Rätsel

Auch wenn das nobelpreiswürdige Prinzip eines infektiösen Proteins als weitgehend bewiesen gilt und von der Scientific Community akzeptiert wurde, so bleiben doch gewisse Restzweifel, da verschiedene Besonderheiten mit dem Proteinkonzept nur schwer in Einklang zu bringen sind.

  • Das Protein ist höchst ungewöhnlich stabil. Extreme thermische Bedingungen bei der korrekt ausgeführten Tiermehlherstellung, die eigentlich jedes Protein irreversibel und vollständig schädigen sollten, zerstören die Infektiosität des krankmachenden Prions nicht.
  • Das Prion und seine infektiösen Anteile überstehen ebenfalls die Attacke des Verdauungsapparates mit seinem extrem sauren pH von etwa 1,5 und der Protein abbauenden Wirkung verschiedener Verdauungsenzyme.
  • Das komplette Protein oder infektiöse Fragmente gelangen durch Resorption in die Blutbahn. Eventuell sind an der Resorption so genannte M-Zellen beteiligt (Kasten). Denkbar ist auch ein direkter Befall von Nervenbahnen der Darmmukosa, gefolgt von einer aufsteigenden Ausbreitung in Richtung Gehirn über den Nervus splanchnicus und/oder Nervus vagus (1).
  • Sollten komplette Prionen oder Prionenbruchstücke in der Blutbahn und Lymphe zirkulieren, dann können sie die extrem undurchlässige und selektive Blut-Hirnschranke durchqueren und ins Gehirn gelangen, wo sie nach dem beschriebenen Mechanismus in die Zellmembran von Gehirnzellen eingelagert werden und den zellzerstörenden Proteinumfaltungsprozess initiieren.
  • Bislang fehlt das entscheidende Experiment der In-vitro-Umfaltung von PrPBSE, entweder aus rekombinant hergestelltem PrPc oder durch die Zugabe katalytischer Mengen an PrPBSE.

Ist das krankheitsverursachende Agens wirklich ein Protein? Sind Co-Faktoren in Form von klassischen Krankheitserregern, genetisch bedingten Helferproteinen oder Chemikalien an der Krankheitsauslösung beteiligt? Solche Co-Faktoren könnten den Übertritt des PrPBSE vom Darm in die Blutbahn oder vom Blut ins Gehirn ermöglichen. Ebenso ist noch nicht geklärt, warum in einem Rinderbestand von beispielsweise 300 Tieren meistens nur ein Tier, seltener zwei oder mehr Tiere erkranken.

Neue Hypothesen zu BSE

Mehrere Befunde scheinen gegen das Prionenkonzept zu sprechen und führen zu neuen, mehr oder weniger hypothetischen Erklärungsmöglichkeiten.

So wurde verseuchtes Tiermehl von England aus weltweit verkauft, man beobachtet jedoch keine einheitliche Durchseuchung. Verseuchtes Tiermehl wurde auch an Schafe verfüttert, ohne dass die Zahl an Scrapie-Erkrankungen deutlich angestiegen ist. Die Hypothese lautet, dass nicht Tiermehl die Hauptinfektionsquelle ist, sondern PrPBSE-haltige Wachstumshormonpräparate aus der Hypophyse BSE-erkrankter Rinder. Ein Präparat aus einem kranken Tier genügt für die Ansteckung von Tausenden von Rindern. Dazu passt die Beobachtung, dass in Frankreich mehrere zwergwüchsige Kinder, die auch mit Rinderwachstumshormonen behandelt worden waren, an vCJD erkrankten.

In Island wurden nach dem Auftreten von Scrapie-Fällen alle Schafe getötet. Trotzdem trat Scrapie wieder auf. Tiere in kleinen Grünlandbetrieben, die nie mit Tiermehl gefüttert worden waren, erkrankten ebenfalls an BSE. Nun spekuliert man, dass BSE auch durch Parasiten wie Milben, Zecken oder Flöhe übertragen werden kann.

Denkbar sind auch chemische Wegbereiter von BSE. Als Schutz gegen Dasselfliegen wurde Rindern in großem Umfang Phosmet, ein Organophosphorsäureester-enthaltendes Pestizid, über die Wirbelsäule von Kopf bis Schwanz gegossen. In Nordfrankreich stieg die Zahl der BSE-Fälle erst dann drastisch an, nachdem dort Phosmet intensiv eingesetzt wurde. Das Nervengift könnte die Tiere für BSE sensibilisiert haben. Im Umkreis von Ashford in der Grafschaft Kent werden Organophosphate produziert und im Hopfenanbau eingesetzt. In diesem überschaubaren Bereich erkrankten bereits sieben Menschen an vCJD (16).

Ebenfalls diskutiert wird die Möglichkeit, dass BSE keine eigenständige Krankheit, sondern vielmehr eine neurodegenerative Erkrankung ist, die als Folge einer massiven Inzucht mit Schwächung des Immunsystems auftritt. Eventuell sind genetische Faktoren beteiligt, die das sporadische Auftreten in einer Herde aus gleichen Inzuchttieren erklären könnten.

Und eine letzte Hypothese: BSE ist die Folge einer zufällig bei Rindern aufgetretenen Mutation von einem Gen (oder mehreren Genen), das für ein verändertes Gehirnprotein (vielleicht PrPBSE) oder ein amyloides Vorläuferprotein codiert. Das weit verbreitete Konzept des Artenübersprungs einer ursprünglich bei Schafen aufgetretenen Erkrankung wäre damit nicht mehr haltbar. Danach könnte BSE überall dort auftreten, wo intensive Rindermassentierhaltung betrieben wird (14).

 

Schleusen in die Blutbahn M-Zellen (Zellen mit Mikrofalten) sind Phagozyten-ähnliche Zellen der Darmschleimhaut. Sie können Darminhalt einschließlich der darin enthaltenen partiell verdauten Nahrungsmittelkomponenten und auch bakterielle Antigene in sich aufnehmen und in Richtung des darmassoziierten lymphatischen Gewebes (GALT, Payersche Plaques) weiterleiten. Als Folge werden spezifische Immunreaktionen gegen diese Antigene des Darmlumens ausgelöst. Ziel dieses biologischen Vorgangs ist die Erhöhung des immunologischen Abwehrpotenzials gegen ein möglichst großes Antigenrepertoire. Dies scheint für den Aufbau und das Training des immunologischen Gedächtnisses und die Immunbereitschaft essenziell zu sein.

 

 

Literatur

  1. Plassmann, E., Mitteilungen der Bayerischen Gesellschaft für Immun-, Tropenmedizin und Impfwesen e.V.. 18, Nr. 1 (2001).
  2. N. N., Prionen schwächen Reaktion auf oxidativen Stress. Transcript 7, Nr. 1-2 (2001) 36.
  3. N. N., BSE-Tests. GIT Labor-Fachzeitschrift 45, Nr. 1 (2001) 16 - 19.
  4. N. N., Bundesweite BSE-Tests: Drei Anbieter kämpfen um Marktanteile. Transcript 12, Nr. 6 (2000) 29 - 30.
  5. N. N., BSE-Schnelltests. GIT Labor-Fachzeitschrift 45, Nr. 1 (2001) 23.
  6. N. N., Kooperation im Bereich der BSE-Tests. GIT Labor-Fachzeitschrift 45, Nr. 2 (2001) 125.
  7. N. N., Neuer Test spürt Risikomaterial in Wurst auf - bald europaweite Tests? Transcript 7, Nr. 1-2 (2001) 37.
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Der Autor

Diethard Baron hat sich nach dem Biologiestudium und der Promotion in Biochemie von 1974 bis 1976 an der Harvard University in Boston mit der Charakterisierung von Antigenen des Epstein-Barr-Virus beschäftigt. Anschließend arbeitete er bis 1983 an der Transplantationsklinik Tübingen. 1982 habilitierte er sich im Fach Immunologie und wurde 1989 zum außerplanmäßigen Professor an der Universität Tübingen ernannt. Nach seiner Tätigkeit in den Zweigwerken Tutzing und Penzberg der Boehringer Mannheim GmbH unterrichtet er seit Herbst 1994 an der Fachhochschule Weihenstephan die Fächer Biochemie, Gentechnologie, Immunologie und Englisch. Die PZ-Leser kennen Professor Baron als Autor spannender Titelbeiträge zu aktuellen Themen der Gentechnologie und Immunologie.

 

Anschrift des Verfassers:
Professor Dr. Diethard Baron
Fachhochschule Weihenstephan
Fachbereich Biotechnologie
85350 Freising
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E-Mail: redaktion@govi.de

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