Verschiedene Studien haben gezeigt, dass Prionen (PrPSc), die Schafe und Ziegen mit der tödlichen übertragbaren Enzephalopathie Scrapie infizieren, jahrelang im Boden persistieren können, ohne ihre pathogene Aktivität zu verlieren. Die Verbreitung von Prionen in die Umwelt kann aus verschiedenen Quellen erfolgen: hauptsächlich infektiöse Plazenta oder Fruchtwasser von Schafen und möglicherweise Umweltkontamination durch Speichel oder Exkremente.Bestätigungstests für Scrapie können nur durch Anwendung der Immunhistochemie des krankheitsassoziierten Prionproteins (PrPSc) auf post mortem gesammelte Gewebe, einschließlich Obex (einer Hirnstammstruktur), retropharyngealer Lymphknoten und Gaumenmandel, erreicht werden. Ein lebendtierdiagnostischer, nicht bestätigender Test wurde 2008 vom USDA für immunochemische Tests an aus Rektalbiopsien gewonnenem lymphatischem Gewebe zugelassen.

Menschliches Prionenprotein, Reste 125-228, erstellt aus Proteindatenbank (PDB) Eintrag 1QM3. Die Färbung veranschaulicht die Subdomains, die vorgeschlagen werden, um die Umwandlung von der normalen zellulären in die Scrapie-Form durch langsame Bewegungen zu initiieren.

Die natürliche Übertragung von Scrapie auf dem Feld scheint in den meisten Fällen über den Verdauungstrakt zu erfolgen, und Scrapie-freie Schafherden können sich auf Weiden infizieren, auf denen zuvor Ausbrüche von Scrapie beobachtet wurden. Diese Befunde deuten auf eine anhaltende Ansteckung in der Umwelt, insbesondere im Boden, hin.

Die Prionenkonzentration in Geburtsflüssigkeiten verändert die Infektiosität der Prionen nicht. Natürlich oder experimentell infizierte Schafe und Mutterschafe übertragen die Infektion auf die Lämmer, auch wenn die Plazenta wenig PrPSc hat. PrPSc wird in Studien des USDA Agricultural Research Service zu einem höheren Prozentsatz in Schafplazenta (52-72%) als in Ziegenplazenta (5-10%) ausgeschieden.Nachweisbares PrPSc wurde im Kot von Schafen sowohl im terminalen als auch im frühen präklinischen Stadium der Krankheit berichtet, was darauf hindeutet, dass die Prionen wahrscheinlich im Laufe der Krankheit in die Umwelt abgegeben werden. Mehrere Quellen von Prionen im Kot könnten postuliert werden, einschließlich der Aufnahme in die Umwelt und des Schluckens von infiziertem Speichel; Die wahrscheinlichste Quelle ist jedoch die Ausscheidung aus dem Darm-assoziierten lymphatischen Gewebe. Wiederkäuer haben spezialisierte Peyer-Patches, die über die gesamte Länge des Ileums etwa 100.000 Follikel betragen, und alle diese könnten infiziert sein und Prionen in das Lumen abgeben.Scrapie-Prionen wurden in den Peyer-Flecken von natürlich infizierten asymptomatischen Lämmern im Alter von nur vier Monaten gefunden.

Exposition durch kontaminierte Impfstoffebearbeiten

• Kontaminierter Louping-ill-Impfstoff. Auch bekannt als die Moredun-Louping-Ill-Impfkatastrophe von 1935.. Mehr als 1.500 Schafe entwickelten nach der Impfung Scrapie. „Eine Untersuchung der Ätiologie der Traberkrankheit folgte der Impfung von Schafen gegen das Louping-Ill-Virus mit formalinbehandelten Extrakten aus lymphatischem Gewebe von Schafen, die unwissentlich mit Traberkrankheit kontaminiert waren Prionen (Gordon 1946). Zwei Jahre später entwickelten mehr als 1500 Schafe Scrapie aus diesem Impfstoff.“Dieser Impfstoff wurde unter Verwendung von formalisierten Schafhirnen hergestellt, die mit Scrapie-Mitteln kontaminiert waren“ „Auf dem Jahreskongress der National Veterinary Medical Association of Great Britain and Ireland 1946 präsentierte W. S. Gordon, PhD, Beweise für die Übertragung von Scrapie durch einen Impfstoff für Louping-Kranke.“ „Dr. Gordon entwickelte einen wirksamen Impfstoff, um Louping-ill in den Jahren 1931-32 zu verhindern. Nach vier Jahren Feldversuchen wurde sein Impfstoff 1935 in drei Chargen für den breiten Einsatz hergestellt. Der Impfstoff wurde aus Hirn-, Rückenmark- und Milzgeweben hergestellt, die Schafen fünf Tage nach einer intrazerebralen Impfung mit dem Louping-Ill-Virus entnommen wurden. Formalin wurde zu der 10% igen Salzsuspension gegeben, um das Virus zu inaktivieren. In den Jahren 1935 und 1936 wurden keine negativen Auswirkungen bei geimpften Tieren festgestellt. Dann meldeten zwei Besitzer Scrapie bei ihren Blackface-Schafen, die zweieinhalb Jahre zuvor mit Louping-Ill-Impfstoff (Charge 2) geimpft worden waren. Scrapie war in der Blackface-Rasse vorher nicht gesehen worden. Nach der Untersuchung Dr. Gordon entdeckte, dass 8 Lämmer, die zur Herstellung von Charge 2 verwendet wurden, von Mutterschafen geboren wurden, die Scrapie ausgesetzt waren; Einige der Mutterschafe entwickelten 1936-7 Scrapie. Dr. Gordon stellte die Hypothese auf, dass in den Geweben der Lämmer, aus denen Charge 2 hergestellt wurde, ein „Infektionserreger der Traberkrankheit“ vorhanden war und dass dieses Mittel „einer Konzentration von Formalin standhalten konnte…die das Virus von Louping ill inaktivierte; es konnte durch subkutane Impfung übertragen werden; es hatte eine Inkubationszeit von zwei Jahren oder länger.“ Ein viereinhalbjähriges Experiment mit 788 Schafen wurde 1938 von der Animal Disease Research Association initiiert. Die Forscher fanden heraus, dass 60% der normalen Schafe, die intrazerebral mit Kochsalzsuspensionen von Gehirn- und Rückenmarkgewebe von Schafen mit Scrapie geimpft wurden, innerhalb dieser viereinhalb Jahre Scrapie entwickelten. Die Inkubationszeit betrug sieben Monate und mehr. Nur 30% der Schafe, die eine subkutane Inokulation der Suspension erhielten, entwickelten in dieser Zeit Scrapie, und die Inkubationszeit in dieser Gruppe betrug 15 Monate und mehr. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass das infektiöse Agens wahrscheinlich ein filtrierbares Virus war.“
• Kontaminierter Mycoplasma agalactiae-Impfstoff. In den Jahren 1997 und 1998 kam es in Italien zu einem Ausbruch von Scrapie bei Schafen und Ziegen, der auf den Impfstoff zurückzuführen war. „Eine versehentliche Infektion durch einen Impfstoff wurde als Erklärung für den plötzlichen Anstieg der Ausbrüche von Scrapie in Italien in den Jahren 1997 und 1998 vorgeschlagen. Dieser Artikel beschreibt einen kürzlichen Ausbruch von Scrapie bei Schafen und Ziegen, die demselben Impfstoff ausgesetzt waren. Seit 1992 waren keine Mutterschafe oder Ziegen mehr in die Herde eingeführt worden, aber 1995 und 1997 war zweimal ein Impfstoff gegen Mycoplasma agalactiae verabreicht worden. Hohe Raten an Rohmortalität und Scrapie-Inzidenz waren bei beiden Arten zu verzeichnen, alle Geburtskohorten waren beteiligt und ein großer Teil der gealterten Tiere war betroffen. Es wurde ein Muster von Hirnläsionen beobachtet, mit geringfügigen Unterschieden zwischen Schafen und Ziegen, das dem Muster, das bei Tieren beobachtet wurde, die zuvor demselben Impfstoff ausgesetzt waren, sehr ähnlich war, sich jedoch deutlich von dem Muster unterschied, das im Gehirn von Schafen mit Scrapie in einer Herde beobachtet wurde, die nicht dem Impfstoff ausgesetzt war. Unabhängig von ihrem Expositionsstatus zeigte die Genotypanalyse der Schafe das Vorhandensein von Polymorphismus nur bei Codon 171. Die Muster sowohl der Inzidenz als auch der Hirnläsionen liefern Hinweise darauf, dass die Scrapie-Epidemie auf die Verwendung des Impfstoffs zurückzuführen war.“ „Eine versehentliche Intra- und Interspezies-Übertragung von Scrapie trat in Italien in den Jahren 1997 und 1998 nach Exposition gegenüber einem Impfstoff gegen Mycoplasma agalactiae auf. PrP (Sc) bei betroffenen Schafen und Ziegen, die aus einer einzigen Herde stammen, die 2 Jahre zuvor einer Impfung ausgesetzt war, wurde molekular typisiert. Bei fünf Tieren mit iatrogener Scrapie wurde in allen untersuchten Hirnarealen ein PrP(Sc)-Typ mit einem 20 kDa-Kernfragment gefunden. Bei drei Schafen und einer Ziege trat diese Isoform gleichzeitig mit einer vollständig glykosylierten Isoform auf, die ein proteaseresistentes Rückgrat von 17 kDa aufwies, während bei zwei Schafen und vier Ziegen die beiden PrP (Sc) -Typen in verschiedenen Regionen des Gehirns nachgewiesen wurden. Bei Schafen mit natürlicher Feld-Scrapie wurde ein PrP (Sc) -Typ mit physikalisch-chemischen Eigenschaften gefunden, die von der 20-kDa-Isoform nicht zu unterscheiden sind. Die vorliegenden Ergebnisse deuten auf die gleichzeitige Anwesenheit von zwei Prionenstämmen in Brustdrüsen- und Gehirnhomogenaten hin, die für die Impfung verwendet werden.“

Exposition durch kontaminierten Bodenedit

Die Aufnahme von Boden durch Weideschafe wurde in zwei Bodentypen, bei zwei Besatzraten und über zwei Weidezeiten gemessen. Die Tiere nahmen zwischen Mai und November bis zu 400 g Erde pro kg Körpergewicht auf. Niederschlag und Besatzrate erwiesen sich als Faktoren, die die Aufnahme beeinflussten. Die Wirkung von Bodentyp und Vegetationstyp war weniger offensichtlich.

Das Durchschnittsgewicht eines erwachsenen Schafes liegt bei etwa 250 Pfund. Wenn ein erwachsenes Schaf 400 g / kg Erde aß, wie von D. McGrath et al., dann würden die durchschnittlichen Schafe ungefähr 45.000 g über sechs Monate oder 251 g pro Tag aufnehmen. Unter der Annahme, dass der Boden mit Prionen (PrPSc) aus Kot oder Geburtsflüssigkeiten kontaminiert war, würden sich die Schafe möglicherweise infizieren. Die Konzentration der Prionen im Boden ist ungewiss, und die Konzentration ist nicht direkt proportional zur Infektiosität. Es wurde gezeigt, dass Faktoren, die die Prioneninfektivität im Boden beeinflussen, die Länge der Zeit im Boden und die Bindungsfähigkeiten des Bodens umfassen.

Für eine detaillierte Risikobewertung von Scrapie-kontaminierten Böden war es von großer Bedeutung zu analysieren, ob die nachweisbaren PrPSc in den Bodenextrakten nach Inkubationszeiten von bis zu 29 Monaten noch orale Infektiosität aufwiesen. Ein Bioassay mit syrischen Hamstern wurde durchgeführt, indem die Tiere mit kontaminiertem Boden oder wässrigen Bodenextrakten gefüttert wurden, die nach 26- bzw. 29-monatiger Bodeninkubation gesammelt worden waren. Hamster, die mit kontaminiertem Boden gefüttert wurden, zeigten ihre ersten Scrapie-assoziierten Symptome nach zwei Wochen bis sechs Monaten (95% KI) nach der ersten Fütterung. Die Hamster erreichten das Endstadium der Scrapie nach fünf bis 21 Monaten (95% KI) nach der ersten Fütterung. Dies deutete auf erhebliche Mengen an persistierender Infektiosität in Böden hin, die 26 und 29 Monate lang inkubiert worden waren. In Island wurde 1978 ein Programm zur Ausrottung der Traberkrankheit durchgeführt, und die betroffenen Herden wurden gekeult, die Räumlichkeiten desinfiziert und die Schafställe verbrannt; Nach zwei bis drei Jahren wurden die Räumlichkeiten mit Lämmern aus traberfreien Gebieten aufgefüllt. Zwischen 1978 und 2004 trat Scrapie in 33 Betrieben wieder auf. Neun Rezidive traten 14-21 Jahre nach der Keulung infolge anhaltender Umweltkontamination mit PrPSc auf.

Es wurde gezeigt, dass die Bindungsfähigkeiten verschiedener Bodentypen die Penetranz von Krankheiten in einer Population verbessern. Boden, der das übliche Tonmineral Montmorillonit (Mte) und Kaolinit (Kte) enthält, bindet effektiver mit den Prionen als Boden, der Quarz enthält. Eine verbesserte Übertragbarkeit bodengebundener Prionen könnte die Ausbreitung von Scrapie in der Umwelt erklären, obwohl nur geringe Mengen in die Umwelt abgegeben werden. Der Mechanismus, durch den Mte oder andere Bodenkomponenten die Durchlässigkeit von partikelgebundenen Prionen erhöhen, muss noch geklärt werden. Die Bindung von Prionen an Mte oder andere Bodenkomponenten kann PrPSc teilweise vor Denaturierung oder Proteolyse im Verdauungstrakt schützen, wodurch mehr Krankheitserreger aus dem Darm aufgenommen werden können. Die Adsorption von PrPSc-Boden kann den Aggregationszustand des Proteins verändern und die Größenverteilung in Richtung infektiöserer Prionproteinpartikel verschieben, wodurch die infektiösen Einheiten erhöht werden. Damit die Prionenkrankheit über die Aufnahme von mit Prionen kontaminiertem Boden übertragen werden kann, müssen Prionen auch auf oralem Expositionsweg infektiös bleiben. Forscher der University of Wisconsin untersuchten die orale Infektiosität von Mte-gebundenen und bodengebundenen Prionen. Die Auswirkungen der Prionenquelle (über infiziertes Gehirnhomogenat und gereinigtes PrPSc) und der Dosis auf die Penetranz (Anteil der Tiere, die schließlich klinische Anzeichen von Scrapie aufweisen) und die Inkubationszeit (Zeit bis zum Auftreten klinischer Symptome) wurden bewertet. Etwa 38% der Tiere, die oral 200 ng ungebundenes, geklärtes PrPSc aus dem Boden erhielten, zeigten klinische Symptome mit einer Inkubationszeit von 203 bis 633 Tagen für infizierte Tiere. Alle Tiere, denen eine äquivalente Menge an Mte-gebundenem PrPSc oral verabreicht wurde, zeigten Krankheitssymptome in 195 bis 637 Tagen. Im Gegensatz dazu blieben Tiere, die Mte-Boden allein oder ein Zehntel so viel ungebundenes geklärtes PrPSc (20 ng) oral erhielten, während des gesamten Versuchs asymptomatisch. Diese Daten zeigten, dass Mte-gebundene Prionen über den oralen Expositionsweg infektiös bleiben, und dass das Bindemittel Mte die Krankheitspenetranz erhöht, Verbesserung der Effizienz der oralen Übertragung.

Exposition durch kontaminierte Heumilben

„Bei Scrapie, der archetypischen TSE, die eine natürliche Krankheit bei Schafen und Ziegen ist, kann die Krankheit plötzlich in einer Herde auftreten, wenn keine bekannte Exposition gegenüber infizierten Herden vorliegt (Palsson, 1979). Schließlich wurden Felder in Island, die nach der Zerstörung von Scrapie-infizierten Herden bis zu 3 Jahre lang leer blieben, mit bekannten Scrapie-freien Schafen neu besiedelt, und einige der Schafe in dieser letzteren Gruppe entwickelten später Scrapie (Palsson, 1979). Dieses letzte ‚Experiment in der Natur‘ hat in Island und im Vereinigten Königreich mehrere Male zu ähnlichen Ergebnissen geführt. In einer isländischen Farm wurden die Herden dreimal ausgerottet; Jedes Mal blieb die Farm 2 Jahre lang ohne Schafe, und nach der Wiederauffüllung mit Schafen aus Scrapie-freien Gebieten trat die Krankheit wieder auf. Vor einigen Jahren wurde vorgeschlagen (S Sigurdarson, persönliche Mitteilung), dass Heumilben ein guter Kandidat als Vektor für Scrapie sein würden; Dies führte zur Infektion von Mäusen mit Milbenproben, die aus Heu von fünf isländischen Farmen hergestellt wurden. Zehn dieser 71 Mäuse erkrankten nach Injektion von Milbenpräparaten aus drei der fünf Farmen (Wisniewski et al., 1996; Rubenstein et al., 1998). Die Inkubationszeiten reichten von 340 Tagen bis 626 Tagen, und diese Mäuse hatten die Protease-resistente Form PrPSc eines wirtskodierten Glykoproteins, PrPC . Die Protease-resistente Form ist ein Marker für die TSE-Erkrankung (Prusiner, 1991; Parchi et al., 1996). Für einige dieser klinisch positiven Mäuse war das Banding-Muster bei der WB-Analyse einzigartig (Wisniewski et al., 1996; Rubenstein et al., 1998).“

Übertragungszusammenfassungbearbeiten

Prionen (PrPSc) werden von Schafen und Ziegen in Geburtsflüssigkeiten, Kot und anderen Exkrementen abgegeben. Die Konzentration der Prionen ist ungewiss, aber nicht direkt proportional zur Infektiosität. Schafe nehmen eine beträchtliche Menge an Boden auf, so dass der Boden ein plausibles Umweltreservoir für Scrapie-Prionen darstellt, die jahrelang in der Umwelt verbleiben können. Die Langlebigkeit der Prionen und die Anhaftung von Bodenpartikeln beeinflusst wahrscheinlich die Persistenz und Infektiosität von Prionen in der Umwelt.

Wirksame Methoden zur Inaktivierung von Prionen im Boden fehlen derzeit, und die Auswirkungen natürlicher Abbaumechanismen auf die Prioneninfektivität sind weitgehend unbekannt. Ein verbessertes Verständnis der Prozesse, die die Mobilität, Persistenz und Bioverfügbarkeit von Prionen im Boden beeinflussen, ist für das Management von mit Prionen kontaminierten Umgebungen erforderlich. Ein System zur Abschätzung der Prionenbindungskapazität von Böden in landwirtschaftlichen Betrieben unter Verwendung einer einfachen Bodenanalyse kann eine Abschätzung des Prionenrisikos in der Umwelt ermöglichen, und ob die Veränderung der Prionenbindung durch die Verwendung von Bodenänderungen dazu beitragen kann, die infektiösen Prionen zu mildern. Flechten, insbesondere Parmelia sulcata, Cladonia rangiferina und Lobaria pulmonaria, können das Potenzial haben, die Anzahl der Prionen zu reduzieren, da einige Flechtenarten Proteasen enthalten, die beim Abbau des Prions vielversprechend sind. Weitere Arbeiten zur Klonierung und Charakterisierung der Proteasen, zur Bewertung ihrer Auswirkungen auf die Prioneninfektivität und zur Bestimmung, welcher oder welche in Flechten vorhandenen Komponentenorganismen die Proteaseaktivität produzieren oder beeinflussen, sind gerechtfertigt und werden derzeit untersucht.