KatzenhalterInnen wissen es, auch ihr Tier kann von einer FIV-Infektion betroffen sein. Die Immunschwäche bei Katzen ist weltweit bekannt beschäftigt zahlreiche Forschungsgruppen. An vorderster Front bei der Suche nach einem Impfstoff gegen «Katzen-Aids» sind auch WissenschafterInnen der Universität Zürich tätig.
Von Hans Lutz
In Petaluma, nördlich von San Francisco, betrieb eine Katzenfreundin
seit vielen Jahren ein Tierheim, in welchem sie immer wieder herrenlose Katzen
beherbergte. Nachdem sie wieder einmal ein neues Tier aufgenommen hatte, zeigten
mehrere Katzen des Heimes ein der Immunschwäche ähnliches Krankheitsbild.
Deshalb brachte sie einige der erkrankten Katzen an die nahegelegene Veterinärmedizinische
Fakultät der Universität von Kalifornien in Davis, wo die Tiere
von Professor Niels C. Pedersen gründlich untersucht wurden.
Pedersen vermutete, dass diese Tiere mit einem dem Aids ähnlichen Virus infiziert sein könnten und legte von den Lymphozyten dieser Katzen Zellkulturen an. Innerhalb von wenigen Wochen gelang es ihm und seinen Mitarbeitern, das sogenannte feline Immunschwächevirus (FIV) zu isolieren. Durch Nachweis einer Reversen-Transkriptase-Aktivität liess sich das Virus den Retroviren zuordnen.
Auf Grund der Affinität des neuen Virus für T-Lymphozyten, der von Magnesium abhängigen Aktivität der Reversen Transkriptase sowie des elektronenmikroskopischen Bildes wurde es zunächst als felines T-lymphotropes Lentivirus, später als FIV bezeichnet.
Pedersen, der für seine Entdeckung unter anderem von der Universität Zürich mit einem Ehrendoktortitel geehrt wurde, und Kollegen konnten zeigen, dass die FIV-Infektion – analog den Lentivirusinfektionen von Mensch und anderen Tieren – zur Bildung von Antikörpern führt, durch deren Nachweis die Infektion diagnostiziert werden kann.
1987 konnte unsere Arbeitsgruppe mittels Immunfluoreszenz-Tests und Western-Blot-Bestätigung nachweisen, dass das FIV auch in der Schweiz, in Frankreich, Deutschland und Italien weit verbreitet ist. Heute wissen wir, dass das FIV bei der Hauskatze weltweit vorkommt und dass in einzelnen Ländern grosse Teile der Katzenpopulation infiziert sind (Tabelle 1).
Krankheitsverlauf
Das FIV wird mit dem Speichel ausgeschieden, aber im Gegenatz zum felinen Leukämievirus (FeLV, siehe Kasten) hauptsächlich durch Bissverletzungen übertragen. Dies erklärt auch, weshalb nicht kastrierte Kater, die über freien Auslauf verfügen und dabei ihr angestammtes Territorium gegenüber andern Katzen im Kampf verteidigen, am häufigsten mit dem FIV infiziert werden.
Die FIV-Infektion verläuft analog zur HIV-Infektion des Menschen in ganz charakteristischen Phasen: Wenige Wochen nach der durch Biss übertragenen Infektion kommt es beim infizierten Tier zu Fieber, vergrösserten Lymphdrüsen sowie Apathie und Fressunlust. Nach kurzer Zeit (eine bis mehrere Wochen) erholt sich das Tier vollständig von dieser sogenannten akuten Phase.
In der nun folgenden «asymptomatischen Trägerphase» bleibt es während Monaten bis Jahren zwar klinisch unauffällig, jedoch infiziert; auch wenn erkennbare Symptome fehlen, kann das betroffene Tier andere Katzen anstecken.
In der dritten, der ARC-Phase (AIDS-related complex, eine Vorstufe zur eigentlichen Aids-Phase) kommt es allmählich zu Abmagerung und chronischen Entzündungserkrankungen auf Grund von Sekundärinfektionen (Durchfall, Atemwegsinfektionen, entzündlichen Prozessen in der Maulhöhle), die aber durch Verabreichung von antibakteriellen Mitteln meistens noch behandelt werden können.
Später geht diese ARC-Phase in die eigentliche Aids-Phase über, die sich in schwersten Infektionen, Blutarmut, Auszehrung und Verhaltensstörungen äussert. Unter Feldbedingungen sind die Symptome der Aids-Phase zurzeit nicht behandelbar und führen zwingend zum Tod des Tieres. Die durchschnittliche Dauer vom Zeitpunkt der Infektion bis zur Aids-Phase beträgt rund vier Jahre.
Der wohl wichtigste Mechanismus der entstehenden Immunschwäche beruht auf dem spezifischen Verlust der CD4+- Lymphozyten, den sogenannten Helferzellen des Immunsystems, wobei bis heute nicht klar ist, wie es zu diesem Verlust kommt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass Blutlymphozyten im Verlauf der FIV-Infektion zunehmend von Apoptose, einem Prozess, in welchem eine defekte Zelle sich selber abbaut, betroffen sind; ob dies aber der wichtigste Mechanismus des CD4+-Verlustes ist, bleibt unklar.
Lentivirus beim Löwen
Nicht nur die Hauskatze wird von einem Lentivirus heimgesucht. Auch bei rund neunzig Prozent der wildlebenden Löwen in Ost- und Südafrika kommt ein Lentivirus vor, das mit jenem der Hauskatze nahe verwandt, jedoch nicht identisch ist. Hingegen scheinen feline Lentiviren bei in Asien wild lebenden Katzenarten wie Tigern, Schneeleoparden und anderen Feliden nicht vorzukommen. Auch im namibischen Etosha-Reservat sind die Löwen nicht mit Lentiviren infiziert.
Daraus lässt sich schliessen, dass Lentiviren bei Löwen eine ost- oder südafrikanische «Erfindung» der Natur sind und sich nach der «Eroberung» der Löwen mit dem natürlichen Lebensraum dieser Tierart verbreitet haben müssen. Interessanterweise scheint die Löwenvariante des FIV dem Wirt nicht viel auszumachen, analog zu Lentiviren beim Schimpansen: Wie wir anhand von Untersuchungen an über dreihundert Löwen in Ostafrika zeigen konnten, ist eine FIV-Infektion bei Löwen nicht mit einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber andern Virusinfektionen oder kürzerer Lebenserwartung verbunden.
In mehrmaligen Versuchen gelang es nicht, ein bei Löwen im Zürcher Zoo nachgewiesenes Lentivirus auf Hauskatzen zu übertragen. Dadurch lässt sich schliessen, dass das bei Löwen vorkommende Lentivirus in der Entwicklungsgeschichte relativ weit von jenem der Hauskatze entfernt sein muss. Wenn das Löwenvirus in der Hauskatze nicht angeht, so dürfte das FIV auch für den Menschen nicht gefährlich sein.
In der Tat liessen sich bei TierärztInnen und TierpflegerInnen am Tierspital Zürich, die sich über eine kumulierte Berufsdauer von über hundertfünfzig Jahren ausweisen konnten und damit dutzende Male von mit FIV-infizierten Katzen gebissen worden sein mussten, in keinem einzigen Fall Antikörper nachweisen. Da-raus und aus Zellkulturversuchen können wir vorsichtig folgern, dass das FIV für den Menschen keine Infektionsgefahr darstellt.
Die Bekämpfung der FIV-Infektion unter Feldverhältnissen besteht zurzeit ausschliesslich im Nachweis der Infektion mittels ELISA-1 oder Immunchromatographie-Tests2 und in der Trennung infizierter Katzen von nicht infizierten. Im Labor kennt man Medikamente, die die FIV-Vermehrung zu hemmen vermögen. Sie eignen sich aber für die Behandlung von infizierten Tieren wenig, da sie nicht einfach mit dem Futter verabreicht werden können, sondern unter die Haut eingespritzt werden müssten. Zudem führen sie zum Teil zu erheblichen Nebenwirkungen.
Testinfektionen
Obwohl viele Forschergruppen an der Entwicklung eines Impfstoffes gegen die FIV-Infektion arbeiten, steht ein solcher zurzeit nicht zur Verfügung. Die Entwicklung eines FIV-Impfstoffes ist aus zwei Gründen interessant. Zum einen handelt es sich bei der FIV-Infektion um ein veterinärmedizinisches Problem, das in einzelnen Ländern von grösster Bedeutung ist. So sind zum Beispiel in Japan über dreissig Prozent aller Hauskatzen mit dem FIV infiziert, und die meisten der infizierten Katzen dürften an dieser Infektion jämmerlich zu Grunde gehen (Tabelle 1). Ein wirksamer Impfstoff wäre hier sicher wünschenswert und würde wohl von den TierbesitzerInnen auch angewendet. Zum andern hat die erfolgreiche Entwicklung einer FIV-Vakzine aber auch Modellcharakter für die Impfstoffentwicklung gegen die HIV-Infektion des Menschen.
Dieser zweite Aspekt wurde bereits 1991 von der EU als wichtig erkannt. Mit Hilfe von EU-Geldern haben ursprünglich sechs am FIV interessierte Arbeitsgruppen in England, den Niederlanden, der Schweiz, Frankreich, Italien und Deutschland eine European concerted action ins Leben gerufen, die das Ziel verfolgt, durch intensiven Austausch von Informationen und Reagenzien sowie durch Austausch von ForscherInnen die Entwicklung eines Impfstoffes voranzutreiben.
In den letzten Jahren ist es gelungen, eine Prototyp-Vakzine zu entwickeln, die einen guten Schutz gegen eine homologe Testinfektion3 zu induzieren vermag. Diese Vakzine beruht auf mit FIV-infizierten Zellen, die in Kultur vermehrt und anschliessend mit Formaldehyd inaktiviert worden waren.
Wenn bei solchermassen vakzinierten Katzen nach der Testin-fektion Blutproben entnommen werden, aus welchen Lymphozytenkulturen angesetzt werden, so lässt sich meistens kein FIV nachweisen. Auch Polymerase-Kettenreaktions-Tests, die mit Blutzellen durchgeführt werden, sind in den meisten Fällen negativ, was als guter Hinweis auf einen Schutz gegen die Testinfek- tion gewertet werden kann.
Die Immunisierung der Katzen führt zur Bildung von Antikörpern gegen sämtliche Virusproteine, wodurch eine geimpfte Katze nicht von einer Katze mit natürlicher FIV-Infektion unterschieden werden kann.
Impfstoffsuche in Zürich
Unter anderem auch deshalb haben wir am Tierspital Zürich ein etwas anderes Verfahren zur Herstellung eines Impfstoffes gewählt. In Analogie zu einem FeLV-Impfstoff, der die gentechnologisch hergestellte Hülle des FeLV enthält und vakzinierte Katzen hervorragend schützt, isolierten wir aus einem Zürcher FIV-Isolat jenes Gen, welches für die Synthese der Hülle dieses Virus verantwortlich ist. Dieses Gen wurde einerseits in Bakterien (E. coli) und andererseits im Baculovirussystem4 exprimiert, das heisst als Protein hergestellt.
Die beiden Expressionsprodukte wurden zusammen mit verschiedenen Stoffen, die eine Immunreaktion massiv verstärken, sogenannten Adjuvanten, als Impfstoffe verwendet.
Drei Gruppen zu je fünf Katzen wurden dreimal im Abstand von je zwei Wochen geimpft und drei Wochen nach der dritten Impfung einer Testinfektion unterzogen. Für die Testinfektion wurde die 25fache Dosierung jener Konzentration eingesetzt, die ausreicht, um die Hälfte der Tiere zu infizieren.
In Übereinstimmung mit dem Tierschutzgesetz werden für diese Versuche speziell gezüchtete Katzen verwendet, die frei sind von allen wichtigen Infektionskrankheiten. Die Versuche sind für die Tiere in keiner Weise belastend; sie werden auch durch die Tierversuchskommission mit dem niedrigsten Schweregrad charakterisiert. Die Katzen sind durch den engen Kontakt mit den sie liebevoll pflegenden Personen im Umgang mit dem Menschen völlig vertraut und verspielt. Hätten sie Angst, so würde dies wahrscheinlich die natürliche Immunität und die Resultate beeinflussen.
Während 24 Wochen im Anschluss an die Testinfektion wurden periodisch Blutproben entnommen, die in verschiedenen Tests untersucht wurden. Unter anderem wurde aus den Blutproben Virus in Zellkultur isoliert und mittels der sogenannten kompetitiven PCR die Menge des Virus in den Lymphozyten (virus load) gemessen.
Aus Abbildung 1 geht hervor, dass bei zwei von drei Vakzinegruppen eine Reduktion des virus load um einen Faktor bis zu 80 gegenüber der nicht vakzinierten Kontrollgruppe festgestellt wurde. Der reduzierte virus load liess sich jedoch nur in der Frühphase der Infektion nachweisen. Bis zur Woche 18 stieg der virus load bei allen Vakzinegruppen auf das Niveau der Kontrolltiere an. Aus diesen Resultaten wurde geschlossen, dass sich durch Verwendung der Hüllkomponente des FIV zusammen mit geeigneten Adjuvantien mindestens ein Teilschutz induzieren liess.
Auf Grund dieser Erkenntnisse nahmen wir ein weiteres Experiment in Angriff, in welchem die Glykosylierung des Hüllproteins dem der Katze entspricht. Zu diesem Zweck wurde ein Plasmid (eine übertragbare Gensequenz von Bakterien) hergestellt, dem die genetische Information für die FIV-Hülle und der CMV-Promotor eingebaut wurden, eine vom Cytomegalievirus abgeleitete Gensequenz, die die Expression des FIV-Hüllprotein-Gens massiv stimuliert. Von diesem Plasmid wurden die sogenannten Selektionsmarker, die meistens in solchen Plasmiden verwendet werden, entfernt, so dass nur noch die für die FIV-Hülle und den CMV-Promotor kodierenden Sequenzen vorhanden waren.
Dieses Konstrukt wurde auf kleinste Goldkügelchen aufgebracht (Durchmesser etwa 1 Mikrometer), welche zur Immunisierung mittels eines sogenannten gene-gun mit hohem Druck direkt in die Haut der Katzen «geschossen» wurden. Selbstverständlich wurden hierzu die Tiere narkotisiert. Um eine zelluläre Immunreaktion einzuleiten, wurde als Adjuvans das vorgängig zu diesem Zweck isolierte und sequenzierte Gen Interleukin-12 (=IL-12) der Katze wiederum zusammen mit dem CMV-Promotor ebenfalls als nackte DNA auf Goldkügelchen beschichtet und mit jenen, die das Hüllgen des FIV trugen, gemischt und gleichzeitig in die Haut der Tiere injiziert.
Vom IL-12 ist bekannt, dass dieses gleichsam als Hormon des Immunsystems eine zelluläre Immunreaktion begünstigt. Zurzeit sind diese Experimente noch nicht abgeschlossen. Immerhin wissen wir bereits, dass in der Frühphase der Testinfektion bei den geimpften Katzen keine Serokonversion beobachtet wurde, die Testinfektion also nicht im gleichen Mass anging wie bei den nicht geimpften Kontrolltieren.
Ob diese und ähnliche Experimente den erhofften Durchbruch zu erbringen
vermögen, bleibt vorerst unklar. Die Autoren zweifeln jedoch nicht daran,
dass es mit Hilfe moderner Techniken der Molekularbiologie früher oder
später gelingen wird, einen wirksamen Impfstoff gegen die FIV-Infektion
zu entwickeln. Sollte dies der Fall sein, dürften verschiedene am Katzenmodell
gewonnene Erkenntnisse auch für die Weiterentwicklung von Aids-Impfstoffen
von Interesse sein.
Weiterführende Literatur ist von den Autoren erhältlich. Die erwähnten
Arbeiten wurden unterstützt durch den Schweizerischen Nationalfonds, die
European concerted action on feline AIDS vaccination sowie durch private Firmen.
Retroviren bei der KatzeBei der Hauskatze kennt man verschiedene Retroviren: Neben dem FIV sind das feline Leukämievirus (FeLV) und das feline Spumavirus, auch feline syncytium forming virus (FeSFV) genannt, weit verbreitet. Das FeLV verursacht Leukämien, Blutarmut und wie das FIV auch Immunschwächezustände. Es wird in grossen Massen mit dem Speichel ausgeschieden und durch nahen Kontakt zwischen sozial gut adaptierten Katzen übertragen. Viele Katzen werden nach der Ansteckung spontan immun. Bei andern kommt es zur Virämie, also zum Auftreten grosser Virusmengen im Blut. Je länger die Virämie dauert, desto grösser wird die Wahrscheinlichkeit, dass es zu den mit FeLV-Infektion in Zusammenhang gebrachten Erkrankungen kommt. Die mittlere Überlebensdauer einer Katze mit Virämie beträgt etwa zweieinhalb Jahre. Die Bekämpfung der FeLV-Infektion ist im Prinzip einfach: Mit einem zuverlässigen Test können infizierte Tiere erkannt und von nicht infizierten getrennt werden; dadurch kommt es rasch zu einem geringeren Infektionsdruck und zu einem Rückgang der Virämierate. Zudem können Katzen mit einem äusserst wirkungsvollen, gentechnologisch hergestellten Impfstoff vor Infektionen geschützt werden; der Schutz vor Virämie beträgt rund neunzig Prozent. Die Infektion mit dem FeSFV, die durch nahen Kontakt und Biss übertragen wird, kommt bei rund 35 Prozent der Katzen vor. Das FeSFV verursacht kaum Krankheiten. In eigenen Untersuchungen konnten wir feststellen, dass mit FeSFV infizierte Katzen signifikant häufiger an Entzündungen der Maulhöhle litten und Fressunlust zeigten, als nicht infizierte. Ob es sich hier um einen kausalen Zusammenhang handelte oder lediglich eine indirekte, statistische Beziehung vorliegt, ist unklar. |
Anmerkungen
1 ELISA: enzyme-linked immunosorbent test, ein Testverfahren, das sich heute auch unter Praxisbedingungen durch den Tierarzt durchführen lässt.
2 Bei den Immunchromatographie-Tests handelt es sich um in Kunststoffgehäuse eingebettete Streifen aus Spezialpapier, in welchen die zu prüfende Blutflüssigkeit auf Grund der Saugwirkung des Papiers von einem Ende zum andern wandert. Dabei spült die Flüssigkeit kleinste, mit dem Virusprotein beschichtete Latex- oder Goldkügelchen mit. Falls Antikörper in der Flüssigkeit vorhanden sind, führen diese zur Bindung der Kügelchen an einer Stelle auf dem Papierstreifen, auf welcher ebenfalls Virusproteine aufgebracht sind. Diese Tests sind sehr empfindlich und rasch durchführbar; sie haben sich in der Veterinärmedizin gut bewährt.
3 Für die Testinfektion wird das gleiche Virus verwendet, welches auch im Impfstoff zur Anwendung kommt. Die Immunität kann bislang nicht mit Labortests gemessen werden, weshalb geimpfte Katzen immer einer Testinfektion ausgesetzt werden müssen.
4 Insektenvirus, welches als Vehikel unserer Hüllkomponente verwendet wurde. Die Genexpression im Baculovirussystem führt zu einer mit Zuckermolekülen versehenen Version, einer sogenannten glykosylierten Form des Hüllproteines. Im Gegensatz dazu sind die aus E. coli stammenden Expressionsprodukte nicht glykosyliert.
Dr. Hans Lutz ist ausserordentlicher Professor für Innere Medizin, besonders klinische Labordiagnostik der Haustiere. KoautorInnen des Textes sind Regina Hofmann-Lehmann, Christian Leutenegger und Felicitas Boretti. Weiter gehören zu dieser Arbeitsgruppe Kim Bauer, Sabine Gruber, Caroline Mislin, Marlies Rohner, Nadja Ruckstuhl und Ayub Tabisch.
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Pressestelle der Universität Zürich
Nicolas Jene (upd@zuv.unizh.ch)
Last update: 15.07.99
