2.1 Invasivität und systemische Infektion
Das Ausmaß, in dem Salmonella-Serovare in die menschliche Nahrungskette gelangen, spiegelt sich in der Fähigkeit wider, sowohl den Verdauungstrakt zu besiedeln als auch nach einer Darmkolonisation in das Gewebe einzudringen. Beide sind relevant, da beide zu einer Kontamination des Eies führen, wenn auch auf unterschiedliche Weise.
Eine Infektion in der Brüterei kann zu einer ausgedehnten horizontalen Übertragung führen. Die Anfälligkeit für eine Invasion durch Salmonellen ist jedoch auch innerhalb der ersten Tage nach dem Schlüpfen am größten, was zu einer ausgedehnten systemischen Erkrankung führen kann.
Einige Autoren haben berichtet, dass Stämme von S. Enteritidis PT4 für junge Küken invasiver waren als Stämme von PT7, 8 und 13a, und sie schlugen vor, dass dies einer der Faktoren sein könnte, die zur Etablierung von S. Enteritidis PT4 im Vereinigten Königreich beigetragen haben (Hinton et al., 1990). Die gleichen Autoren fanden auch, dass neuere Isolate von S. Enteritidis PT4 waren invasiver als Stämme, die in früheren Jahren isoliert wurden, und deuteten darauf hin, dass neuere Isolate von PT4 eine erhöhte Virulenz für Hühner aufweisen könnten (Hinton et al., 1990). Andere Autoren haben keinen Unterschied in der Invasivität oder Kolonisationsfähigkeit zwischen verschiedenen Phagentypen von S. Typhimurium gefunden (Barrow et al., 1987) oder S. Enteritidis, aber es scheint eher stammbezogen zu sein (Timoney et al., 1989; Poppe et al., 1993b; Gast und Benson, 1996). Die antigene Struktur scheint von Natur aus kein Hauptfaktor für die Virulenz zu sein, obwohl Stämme mit einer faltigen Kolonie und größeren Mengen an hochmolekularen Lipopolysacchariden (LPS) für Hühner virulenter sind, wenn sie parenteral inokuliert werden Bakterienzahlen in der Milz, Lokalisation im Fortpflanzungstrakt und Prozentsatz kontaminierter Eier (Guard-Petter et al., 1996); Sie sind auch toleranter gegenüber Hitze, Säure und Wasserstoffperoxid als nicht gefaltete Kolonien (Humphrey et al., 1996).
Es scheint auch einen Grad an Organspezifität zu geben, so dass ansonsten identische S. Enteritidis PT13-Stämme, die ursprünglich aus dem Eierstock oder Blut isoliert wurden, nach experimenteller oraler Inokulation Unterschiede in ihrer Isolierung aus Leber, Milz und Ceca zeigten (Poppe et al., 1993a). Das Ovarialisolat bildete jedoch eine ganze und glatte Kolonie, während das Blutisolat nach 2 Tagen Wachstum bei Raumtemperatur auf Luria Bertani-Agar ein gewelltes Koloniebild entwickelte (C. Poppe, unveröffentlichte Daten).
Randomisierte Mutagenesestudien haben die Beteiligung von Genen gezeigt, die mit Wirtsinteraktion, Metabolismus und Stressreaktionen assoziiert sind, die sich aus dem Überleben in einer Umgebung ergeben, an die Salmonellen aller Wahrscheinlichkeit nach nicht ideal angepasst sind (Turner et al., 1998; Morgan et al., 2004). Ähnliche Studien mit S. Gallinarum identifizierten auch bekannte Virulenzgene (Shah et al., 2005).
Typ-drei-Sekretionssystem (TTSS) -1, kodiert durch die Salmonellen-Pathogenitätsinsel (SPI) -1, ist in vitro oder in vivo für die Invasion von Epithelzellen verantwortlich (Galán und Curtiss, 1989). Die Gene, die an der SPI1-vermittelnden Invasion beteiligt sind, sind in der Gattung Salmonellen hoch konserviert und fehlen in den Genomen naher Verwandter wie Escherichia coli.
Die Biologie des Invasionsprozesses ist komplex und umfasst nicht nur SPI1, sondern auch SPI4 (Gerlach et al., 2008). Die Adhäsion ist ein wichtiger Anfangsprozess, obwohl die Rolle der <13 verschiedenen Fimbrien, die von Salmonellenserovaren exprimiert werden, noch vollständig definiert werden muss. Die Hauptfunktion des SPI1-kodierten T3SS-1-Apparates besteht darin, < 15 Effektorproteine in die Wirtszelle zu translozieren (Ibarra und Steele-Mortimer, 2009). Diese Effektorproteine werden von Genen kodiert, die sich innerhalb von SPI1 auf SPI5, auf Pathogenitätsinseln oder auf Bakteriophagen befinden. Eine Teilmenge davon, SipA, SipC, SopA, SopB, SopD, SopE und SopE2, ordnen intrazelluläres Aktin neu an, um den bakteriellen Eintritt in Epithelzellen zu fördern. Ein Großteil der Arbeit wurde in vitro oder in vivo unter Verwendung von Mäusen oder ligierten Darmschlingen bei Kälbern durchgeführt. Die wenigen Arbeiten, die mit Hühnern durchgeführt wurden, zeigen, dass SPI1 für systemische Erkrankungen weniger wichtig ist (Jones et al., 2001), als es für die intestinale Gastroenteritis ist, was auf die Bedeutung von nichtprofessionellen Phagozytenzellen in letzterem hinweist, während die Aufnahme aus dem Darm als erstes Stadium der systemischen Erkrankung Phagozytenzellen im Peyer-Pflaster, in der Zökaltonsille und in anderen Zellclustern mehr als Epithelzellen (Barrow et al., 2000).
Die Rolle der Flagellen ist unklar. Dass sie nach der Erkennung über TLR5 eine Entzündung auslösen, ist sowohl bei Säugetieren klar (Schmitt et al., 2001) und Hühner, und dies erklärt bis zu einem gewissen Grad den Unterschied zwischen der intestinalen Reaktion auf S. Typhimurium und S. Enteritidis, die zu einer starken Entzündungsreaktion führt, und der Reaktion auf die nichtflagellaten S. Gallinarum und S. Pullorum, bei denen angenommen wird, dass die Invasion ohne Entzündungsreaktion heimlich stattfindet (Kaiser et al., 2000). Es könnte bezeichnend sein, dass monophasische Stämme von S. Typhimurium ist in jüngerer Zeit in mehreren Ländern bei Schweinen und Geflügel aufgetreten (Parsons et al., 2013) und nichtmotile Derivate von S. Dublin sind auch in den Vereinigten Staaten erschienen.
Wenn Salmonellenbakterien intravenös in Hühner injiziert werden, werden sie schnell von Makrophagen in Milz und Leber aufgenommen. Wie die Bakterien nach der Darmbesiedlung in diese Organe gelangen, ist unklar, obwohl es Hinweise darauf gibt, dass es sich bei S. Coli um zellfreie Bakterien handelt.
Sobald die Bakterien in Makrophagen lokalisiert sind, werden SPI1-Gene normalerweise herunterreguliert (Eriksson et al., 2003), obwohl dies bei Serovaren wie S. Infantis und S. Montevideo (Imre et al., 2013), was zumindest teilweise die verringerte Virulenz solcher Serovare erklären kann. Makrophagen sind die bevorzugte intrazelluläre Nische für die Persistenz von Salmonella-Serotypen im Gewebe (Dunlap et al., 1992; Santos und Bäumler, 2004). Ein wichtiger Virulenzfaktor, der für das Überleben von Makrophagen erforderlich ist, ist das von SPI2 (T3SS-2) kodierte Typ-III-Sekretionssystem (Ochman et al., 1996).
Die Fähigkeit, den intrazellulären antibakteriellen Wirkungen reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies zu widerstehen und sich zu vermehren, ist wichtig. Der Schlüssel dazu ist die Expression von Genen auf dem TTSS-2, die von SPI2 auf dem Genom kodiert werden, das in allen Mitgliedern der Spezies S. enterica vorhanden ist, aber in Salmonella bongori oder E. coli fehlt (Ochman und Groisman, 1996). Das T3SS-2 transloziert mindestens 16 Effektorproteine in das Wirtszell-Cytosol, einschließlich SpiC, SseF, SseG, SlrP, SspH1, SspH2, SifA, SifB, SseI, SseJ, PipB, PipB2, SseK1, SseK2, GogB und SopD2 (Abraham und Hensel, 2006). Obwohl die molekularen Funktionen für einige dieser Effektorproteine bekannt sind, bleibt in den meisten Fällen unklar, wie sie zum T3SS-2-vermittelten Überleben von Makrophagen beitragen. Ein Zweck des T3SS-2 scheint darin zu bestehen, die Eigenschaften der Salmonellenhaltigen Vakuole durch Manipulation vesikulärer Transportereignisse zu verändern (Uchiya et al., 1999; Vazquez-Torres et al., 2000).
Einige Hinweise deuten darauf hin, dass das spvRABCD-Operon auch an der Interaktion von Salmonellenserovaren mit Makrophagen beteiligt ist (Libby et al., 2000). Das spv-Operon befindet sich auf Virulenzplasmiden, die in einer kleinen Anzahl von S. enterica subsp. enterica-Serotypen, im Allgemeinen solche, die systemische Erkrankungen verursachen (Gulig, 1990), oder auf dem Chromosom von S. enterica subsp. arizonae-Serotypen (Libby et al., 2002).
Invasivität und systemische Infektion sind wahrscheinlich wichtig für die Infektion des Fortpflanzungstrakts. Der Zusammenhang zwischen Serovaren und Fortpflanzungsinfektionen, die zu kontaminierten Eiern führen, ist wenig bekannt, obwohl insbesondere bei bestimmten Serovaren der Gruppe D, nämlich dem Serotypcluster, an dem S. Enteritidis, S. Gallinarum und S. Pullorum beteiligt sind, ein Zusammenhang besteht. Umfangreiche experimentelle Arbeiten mit S. Enteritidis haben gezeigt, dass ein Teil der infizierten Eier aus Infektionen des Eileiters und des Eierstocks stammt. Im Falle von S. Pullorum ist dies eine klare Assoziation mit persistierendem S. Pullorum-Infektion und Infektion des Eierstocks und des Eileiters, was zu einer Infektion von < 10% der Eier führt (Wigley et al., 2001). Sowohl dieses Serovar als auch S. Gallinarum werden heutzutage selten mit Lebensmittelvergiftungen in Verbindung gebracht, sind jedoch Modelle der vertikalen Übertragung. Die Situation mit S. Gallinarum ist nicht so klar wie mit S. Pullorum (Barrow & Neto, 2011), denn obwohl es beträchtliche epidemiologische Beweise für eine vertikale Übertragung gibt, ist es schwieriger, dies experimentell nachzuweisen, und es scheint wahrscheinlich, dass der genetische Hintergrund der Vögel ein wichtiger Faktor dafür ist, ob dies geschieht oder nicht.
Die Infektion von S. Enteritidis während der Legezeit führt zur Produktion infizierter Eier, die, wenn diese fruchtbar sind und geschlüpft sind, zu einer ausgedehnten Infektion der Nachkommen führen, die selbst weiterhin S. Enteritidis ausscheiden, bis sie auch in die Legezeit kommen.
