Während der EuroTier 2022 sprach Margarita Trujano über die Entwicklung des Verständnisses von Endotoxinen in der Landwirtschaft, insbesondere in der Schweineindustrie. Margarita Trujano ist Tierärztin und hat sich auf Tierpathologie spezialisiert. Sie ist seit 15 Jahren in der Schweinebranche tätig und arbeitete in verschiedenen großen Tiergesundheitsunternehmen, wo sie unterschiedliche technische Positionen hatte.
In den letzten 5 Jahren hat sie bei Special Nutrients Agrimprove als technische Direktorin für Schweine gearbeitet. Dort ist Trujano federführend bei der Suche nach Wissen über Toxine – Mykotoxine und Endotoxine – und deren Auswirkungen auf Schweine. Mit den jüngsten Entwicklungen bei Endotoxinen ist sie eine der weltweit führenden Experten für deren Pathologie und Auswirkungen auf die Tiergesundheit und die Rentabilität von Unternehmen.
In ihrem Vortrag erörterte Dr. Trujano
- Was sind Endotoxine?
- Wie wirken sie sich auf Schweine (und Menschen) aus?
- Wie kann man mit Endotoxinen umgehen?
Was sind Endotoxine?
Zunächst einmal ist die klassische Definition eines Endotoxins sehr verwirrend, aber selbst wenn man die grundlegenden Konzepte versteht, kann man sehr gut nachvollziehen, warum gramnegative Bakterien für Tiere so schädlich sind.
„Ein Endotoxin ist ein natürlicher pyrogener Bestandteil, der in der äußeren Zellmembran gramnegativer Bakterien zu finden ist“.
Im Gegensatz zu grampositiven Bakterien haben gramnegative Bakterien zwei Zellwandschichten, eine äußere Membran und eine innere Membran (Abbildung 1). In der äußeren Membran befinden sich Endotoxine, die sich aus Lipid A, einem Kern-Oligosaccharid und O-Antigen zusammensetzen. Lipid A ist lipophil, d. h. es verbindet sich leicht mit lipidbindenden Proteinen und wird dann durch die Zellmembran in das Tier transportiert.
Struktur der gramnegativen Zellmembran
Gramnegative Bakterien sind sowohl in der Umwelt als auch im Darm aller Lebewesen natürlich vorhanden. Bei einem Überangebot an gramnegativen Bakterien – einer Störung der Darmbarrierefunktion, der Verabreichung von Antibiotika, Hitzestress oder kontaminiertem Futter – kommt es jedoch zu einem verstärkten Zellwachstum und/oder zum Absterben. Durch diesen Umsatz können die Endotoxine aus der Membran freigesetzt (lysiert) werden. Sobald sie in freier Form in den Blutkreislauf gelangen, sind sie toxisch und können beim Wirt eine Immunreaktion auslösen. Endotoxine sind nicht zu verwechseln mit Exotoxinen, löslichen giftigen Substanzen, die während des Wachstums eines Mikroorganismus produziert und in das umgebende Medium freigesetzt werden.
Wie wirken sie sich auf Schweine aus?
Obwohl alle gramnegativen Bakterien Endotoxine enthalten, sind die Auswirkungen oder der Schweregrad des Endotoxins unterschiedlich. Zu den Faktoren, die sich auf die Intensität der Endotoxämie auswirken, gehören die Art des Bakteriums/Endotoxins, die Konzentration, die Dauer der Exposition, das Alter des Tieres, der Ernährungs-/Gesundheitszustand des Tieres, die direkte oder indirekte Interaktion sowie das Vorhandensein einer Kombination von Toxinen. Auch die Art der Exposition ist wichtig, denn Endotoxine können mit dem Kot ausgeschieden werden, sich an Staubpartikel anlagern und dann eingeatmet werden. Die letztgenannte Art der Exposition stellt ein Risiko für die Tiere und die Arbeitnehmer dar.
Wie bereits erwähnt, sind Endotoxine pyrogene Bestandteile, d. h. sie lösen im Körper eine Immunreaktion aus. Stress – Hitze, Kälte, Futter- oder Wassermangel – führt bei Tieren zu einer geringfügigen Stressreaktion, aber wenn Endotoxine vorhanden sind (sobald sie durch den Magen-Darm-Trakt transportiert wurden), lösen sie eine Entzündung aus, die zu einem undichten Darm (Darmaustritt) führt. Wenn die Integrität des Darms beeinträchtigt ist, können mehr LPS und andere gramnegative Bakterien in die Blutbahn gelangen. Sobald sie in den Blutkreislauf gelangen, können sie septische Reaktionen mit einer Vielzahl von Symptomen wie Hypotonie, mikrovaskulärem Verschluss, vaskulärer Instabilität, Koagulopathie, Fieber, Kapillarleckagen, Nekrosen in Ohren und Schwanz, Mastitis, Zyanose, Abort, Septikämie, multiplem Organversagen und Tod verursachen. Im Wesentlichen verursachen die Endotoxine eine überschießende Immunreaktion auf bereits vorhandene gramnegative Probleme, was sich nachteilig auf die Wachstumsleistung und die Fortpflanzung auswirkt.
Umgang mit Endotoxinen
Da Endotoxine mit dem Vorhandensein gramnegativer Bakterien zusammenhängen, ist die Reduzierung der bakteriellen Kontamination die erste Möglichkeit, das Risiko zu verringern. Darüber hinaus können geeignete Impfprogramme und die Verabreichung von Immunmodulatoren an kranke Tiere dazu beitragen, das Risiko einer Endotoxämie zu verringern. Die jüngste wissenschaftlich unterstützte Entdeckung ist jedoch die Verwendung eines lipophilen Toxinbinders.
Anfang 2022 gab Agrimprove bekannt, dass es mit seiner Lösung zur Bindung von Mykotoxinen die Fähigkeit zur Endotoxinbindung in vivo wissenschaftlich nachgewiesen hat. Der Versuch wurde im Jejunum von Ferkeln durchgeführt, denen gemessene Mengen an Endotoxinen verabreicht wurden. Nach Zugabe der Bindungslösung (Vitafix) wurden die wichtigsten Entzündungswerte (IL-1 β, IL-6 und MCP-1) im Vergleich zu einer unbehandelten Positivkontrolle signifikant reduziert. Diese Verringerung der pro-inflammatorischen Zytokine bestätigt die Fähigkeit des Toxinbinders, Endotoxine zu binden und somit die endotoxininduzierte lokale Produktion von Entzündungszytokinen zu verhindern.
Endotoxine und Endotoxämie bei Tieren sind recht häufig, das Problem ist, dass sie manchmal mit Septikämie verwechselt werden. Endotoxämie ist das Vorhandensein von Endotoxinen im Blutkreislauf, während Sepsis das Vorhandensein von pathogenen Mikroorganismen (insbesondere Bakterien oder deren Toxine) im Blutkreislauf bedeutet. Da sich das Verständnis von Endotoxinen noch weiterentwickelt, könnte es sich bei einigen Sepsisdiagnosen um Endotoxämie handeln. Wie auf der EuroTier 2022 erörtert, ist die Verwendung eines wissenschaftlich untermauerten Endotoxinbinders zur Verringerung der Aufnahme von Endotoxinen für viele Betriebe eine praktische Lösung, da gramnegative Bakterien immer vorhanden sind.
