Zebrafisch-Tiermodell zur Untersuchung allergischer Reaktionen auf Zeckenspeichel-Biomoleküle

Zecken sind Überträger von Krankheitserregern, die Krankheiten verursachen und auch allergische Reaktionen verursachen, die die Gesundheit von Mensch und Tier weltweit beeinträchtigen ^1,2. Während der Zeckenfütterung erleichtern Biomoleküle im Zeckenspeichel, insbesondere Proteine und Lipide, die Fütterung dieser Ektoparasiten und vermeiden die Abwehrkräfte des Wirts³. Einige Speichel-Biomoleküle mit Glykan-Galα1-3Galβ1-(3)4GlcNAc-R (α-Gal)-Modifikationen führen nur bei einigen Personen zur Produktion hoher Anti-α-Gal-IgE-Antikörperspiegel nach dem Zeckenstich, was als α-Gal-Syndrom (AGS^{) bekannt} ist4. Dies ist eine Krankheit, die mit einer IgE-vermittelten Allergie verbunden ist, die zu einer Anaphylaxie gegen Zeckenstiche, zum Verzehr von Fleisch von Nicht-Primaten bei Säugetieren und einigen Medikamenten wie Cetuximab⁵ führen kann. Die Reaktionen auf α-Gal sind oft schwerwiegend und können manchmal tödlich sein 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15.

Das α-Gal kommt in allen Säugetieren vor, mit Ausnahme von Altweltaffen, Menschenaffen und Menschen, die nicht in der Lage sind, α-Gal¹³ zu synthetisieren. Krankheitserreger wie Bakterien und Protozoen exprimieren dieses Glykan jedoch auf ihrer Oberfläche, was die Produktion hoher Mengen an Anti-α-Gal-IgM/IgG-Antikörpern induzieren kann und ein Schutzmechanismus gegen diese Erreger sein kann^16,17. Die Produktion von Anti-α-Gal-Antikörpern erhöht jedoch das Risiko, IgE-vermittelte Anti-α-Gal-Allergien zu entwickeln ^7,13. Natürliche Anti-α-Gal-Antikörper, die beim Menschen produziert werden, hauptsächlich der IgM/IgG-Subtypen, könnten mit dieser Modifikation in Verbindung gebracht werden, die in Bakterien aus der Darmmikrobiota^{vorhanden ist 16}. AGS kann eine schwierige klinische Diagnose sein, da die wichtigste diagnostische Methode derzeit auf einer klinischen Vorgeschichte verzögerter allergischer Reaktionen basiert, insbesondere im Zusammenhang mit Nahrungsmittelallergien (d. h. Juckreiz, lokalisierte Nesselsucht oder rezidivierendes Angioödem mit Anaphylaxie, Urtikaria und gastrointestinalen Symptomen) und der Messung von IgE-Anti-α-Gal-Antikörperspiegeln⁹. Aktuelle Ergebnisse deuten darauf hin, dass Zeckenstiche eines der Hauptrisiken für das Auftreten von AGS 18,19 darstellen, ein 20-facher oder größerer Anstieg des IgE-Spiegels auf α-Gal nach einem Zeckenstich 19, eine Vorgeschichte von Zeckenstichen bei Patienten mit AGS^20,21,22, das Vorhandensein von Antikörpern, die auf Zeckenantigene reaktiv sind, bei AGS-Patienten ^19, und dass Anti-α-Gal-IgE stark mit Anti-Zecken-IgE-Spiegeln^19,23 zusammenhängt, aber weitere Studien erforderlich sind, um zu beurteilen^, welche Biomoleküle tatsächlich beteiligt sind.

Ein weiteres mögliches Szenario sind Patienten, die starke allergische Reaktionen auf Zeckenstiche und hohe Konzentrationen von Anti-α-Gal-IgE-Antikörpern aufweisen, aber tolerant gegenüber dem Verzehr von Säugetierfleisch sind¹². Daher könnte die Fleischallergie bei Säugetieren eine bestimmte Art von Allergie im Zusammenhang mit Zeckenstichen sein. Zu den wichtigsten Zeckenarten, die mit AGS assoziiert werden, gehören Amblyomma americanum (USA), Amblyomma sculptum (Brasilien), Amblyomma testudinarium und Haemaphysalis longicornis (Japan), Ixodes holocyclus (Australien) und Ixodes ricinus (der Hauptvektor der Lyme-Borreliose in Europa)^11,24.

Das einzige Modell, das verwendet wurde, um die IgE-Produktion im Zusammenhang mit Zeckenstichen zu bewerten, ist das Mausmodell, das genetisch mit dem Gen für α−1,3-Galactosyltransferase-ausgeschaltete (α-Gal KO) Mäuse^25,26 modifiziert wurde^, da Mäuse wie andere Säugetiere auch α-Gal auf Proteinen und Lipiden exprimieren und kein IgE zu α-Gal produzieren. Der Zebrafisch (Danio rerio) ist jedoch ein nützliches Modell für die biomedizinische Forschung an Säugetieren, da er viele anatomische Ähnlichkeiten mit Säugetieren aufweist und wie der Mensch auch nicht in der Lage ist, α-Gal zu synthetisieren. Da α-Gal nicht auf natürliche Weise im Zebrafisch produziert wird, ist es ein erschwingliches Modell, das leicht zu manipulieren ist und eine hohe Stichprobengröße für die Untersuchung von α-Gal-bedingten allergischen Reaktionen ermöglicht.

In dieser Studie wird Zebrafisch als Modellorganismus verwendet, um lokale allergische Reaktionen, Verhaltensmuster und die molekularen Mechanismen zu charakterisieren und zu beschreiben, die mit der Reaktion auf die perkutane Sensibilisierung auf Zeckenspeichel^26,27 und den anschließenden Verzehr von Säugetierfleisch verbunden sind. Zu diesem Zweck werden die Fische durch intradermale Injektion Zeckenspeichel ausgesetzt und dann mit Hundefutter gefüttert, das Säugetierfleischprodukte enthält, die für den Tiergebrauch geeignet sind und α-Gal²⁷ enthalten, dann werden mögliche damit verbundene allergische Reaktionen bewertet. Diese Methode kann auf die Untersuchung anderer Biomoleküle angewendet werden, die mit allergischen Prozessen zusammenhängen, insbesondere solchen, die mit AGS zusammenhängen.