Serologische Typendifferenzierung und Prüfung toxischer und immunisierender Eigenschaften von Escherichia Colistämmen, die von gesunden und von an Coliruhr erkrankten Jungtieren isoliert wurden
Authors: Ulbrich F. 
Published: September 2010

In der Veterinärmedizin gilt bisher allgemein die Anschauung, daß die normalerweise im Darm vorkommenden Colibakterien unter bestimmten Umständen pathogene Eigenschaften annehmen und Darmerkrankungen hervorrufen können, und daß entscheidende Bedeutung für das Zustandekommen der Darmerkrankungen der Jungtiere Konstitution, Ernährung und Haltung hätten. Alle in früheren Jahren angestellten Versuche, etwa besondere pathogene Colistämme von normalen nicht pathogenen Colistämmen zu unterscheiden, waren fehlgeschlagen. Sowohl fermentative als auch serologische Differenzierungsmethoden erwiesen sich zur Lösung dieser Aufgabe als ungeeignet. Erst Kauffmann gelang im Jahre 1942 durch die Entdeckung der sog. “Hüllenantigene” die Feststellung einer wesentlichen Ursache der unbefriedigenden Ergebnisse früher angestellter Colidifferenzierungen. Damit war die Möglichkeit der systematischen serologischen Typisierung der Colibakterien gegeben.

In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen über die serologische Typendifferenzierung von Escherichia coli, die von gesunden und von an Coliruhr erkrankten Jungtieren isoliert wurden, beschrieben. Zum besonderen Vergleich werden auch Antigenanalysen von bei Hühnern vorkommenden normalen Colistämmen und Coligranulomstämmen herangezogen. Die Gegenüberstellung der aus normalem und pathologischem Material gewonnenen Befunde soll eine Stellungnahme zum Pathogenitätsproblem ermöglichen, um dann die gewonnene Erkenntnis zur Bekämpfung der Jungtierruhr auswerten zu können.

Es kamen zur Untersuchung insgesamt 367 Colistämme, davon waren 176 aus pathologischem Material ruhrkranker Jungtiere gezüchtete Stämme (33 von Fohlen, 78 von Kälbern, 42 von Ferkeln, 22 von Lämmern und einer von Wildschwein‐Frischlingen) und 136 normale von Jungtieren isolierte Stämme (19 von Fohlen, 36 von Kälbern, 67 von Ferkeln und 14 von Lämmern). Außerdem wurden Antigenbestimmungen bei 28 aus Coligranulomen von Hühnern isolierten und bei 28 normalen Hühner‐Colistämmen durchgeführt. Diese aus Coligranulomen von Hühnern isolierten Colistämme wurden deshalb serologisch untersucht und mit 28 normalen Colistämmen von Hühnern zum Vergleich herangezogen, weil auf Grund des pathologisch‐anatomischen Befundes mit größerer Sicherheit der im Einzelfall isolierte Colistamm als pathogen anzusprechen ist und somit die aus Coligranulomen der Hühner gezüchteten Stämme ein geeignetes Material für die Untersuchung der Frage darstellen, inwieweit sich aus pathologischem Material gezüchtete Colistämme von apathogenen Colistämmen serologisch unterscheiden lassen.

Für die serologische Typendifferenzierung wurde ein eigenes Antigenschema aufgestellt. Das Schema umfaßt 17 O‐, 14 K‐ und 8 H‐Antigene. Die folgenden Feststellungen verdienen hervorgehoben zu werden:

94 von 176 = 53,4% der aus pathologischem Material isolierten Colistämme konnten mit Hilfe von nur 17 O‐Gruppensera differenziert werden, dagegen von 136 normalen Colistämmen nur 13 = 9,3%. Die mit der Agglutinationsmethode nach Kauffmann, Knipschildt und Vahlne durchgeführten Coli‐Typendifferenzierungen stimmen mit den mit Hilfe der Komplementbindungsreaktion erzielten Untersuchungsergebnissen überein, wenn als Antigen ein Bakterien koch extrakt Verwendung findet.

Erstmalig wurden bei Jungtieren Colistämme der O‐Gruppe 55 gefunden. Diese Colitypen kamen zweimal bei ruhrartigen Erkrankungen von Fohlen und einmal bei Kälbern vor. Der bei Kälbern isolierte Stamm erwies sich als identisch mit dem bei Säuglingen Enteritis verursachenden Escherichia‐Typ 55 : B 5 : 6.

Von den als spezifische Erreger der Säuglingsenteritis anzusehenden Colitypen wurden weiterhin in drei Fällen E. coli der O‐Gruppe 26 gefunden (einmal beim Kalb = 26 : B 6 : 11, zweimal bei Ferkeln = 26 : B 6 : — und 26 : B 6: 11).

In Übereinstimmung mit Wramby und Ørskov wurden E. coli der O‐Gruppe 78 (Wramby = 41 w) nur aus pathologischem Material gezüchtet. Die E. coli der O‐Gruppe 78 kamen nach den Colistämmen der O‐Gruppen 8 und 9 im pathologischen Material am häufigsten vor. Es besteht die Möglichkeit, daß diese Typen unter den Colistämmen der Jungtiere eine ähnliche Rolle spielen, wie sie für die Enteritisstämme der O‐Gruppen 26, 55 und 111 bei der Diarrhoe der Säuglinge erwiesen ist.

Die bei Hühnern aus sog. Coligranulomen isolierten Colistämme gehören den O‐Gruppen 8 und 9 an. Es konnten bei ihnen vier verschiedene K‐Antigene festgestellt werden. H‐Antigene waren in keinem Falle nachzuweisen. Dagegen hatten bei gesunden Hühnern gefundene Colistämme eine andere Antigenstruktur. Die antigene Uniformität der Coligranulomstämme läßt darauf schließen, daß es sich bei ihnen um serologisch von den normalen Colistämmen differenzierbare E. coli‐Typen handelt.

An dem Beispiel der Coligranulomatose der Hühner läßt sich gut demonstrieren, daßt es unter den E. coli bestimmte pathogene Typen mit charakteristischer Antigenstruktur gibt.

Diese Untersuchungsergebnisse weisen darauf hin, daß bei Jungtieren mit der Möglichkeit der exogenen Infektion mit pathogenen Colitypen gerechnet werden muß.

Im Hinblick auf die praktische Auswertung der serologischen Ergebnisse für die Serotherapie wurden in einem zweiten Teil der Arbeit mit von Jungtieren isolierten E. coli bestimmter Antigenstruktur Untersuchungen über Toxicität und immunisierende Eigenschaften durchgeführt: Neben der durch thermoresistente Endotoxine bedingten Toxicität können Colistämme eine besondere Toxicität besitzen, die mit ihren Hüllenantigenen in Beziehung zu bringen ist. Colistämme, denen die Hüllenantigene fehlen, sind weniger toxisch als ihre K‐Plusformen. Die toxische Fähigkeit geht durch halbstündige Erhitzung auf 70 bis 80° C verloren. Exotoxine konnten gesondert nicht differenziert werden und dürften selten in nachweisbarer Menge vorhanden sein. Diese bei den Colibakterien vorkommenden verschiedenen Toxine müssen bei der Impfstoffherstellung und der Impfstoffgewinnung neben dem Antigentyp Berücksichtigung finden.

Wirksamkeitsprüfungen mit monovalenten Colisera bewiesen eine spezifische Wirkung gegen sonst tödliche Injektionen von E. coli. Während aber reine Coli‐O‐Sera gegen eine intraperitoneale Injektion mit homologen lebenden Colibakterien in K‐Plusform nur im geringen Maße wirksam waren, schützten OK‐Sera gegen die intraperitoneale Injektion einer 10‐ bis 20 fachen tödlichen Dosis. Mit den serologisch definierten Colistämmen ließ sich zeigen, daß gegen die Injektionen einer Colikultur in der Regel nur dasjenige Serum schützt, dessen Produktionsstamm die gleiche Antigenstruktur besitzt. Aus diesem Grunde ist die Herstellung eines polyvalenten Coliserums mit antibakterieller und antitoxischer Wirkung gegen alle bei Jungtieren vorkommenden Colistämme unmöglich. Es i s t aber möglich, ein Coliruhrserum zu gewinnen mit Stämmen, die beim Krankheitsgeschehen der Coliruhr eine besondere Rolle spielen. Nach den bei der serologischen Typendifferenzierung der aus pathologischem Material isolierten Colistämme über ihre O‐Gruppenzugehörigkeit, Antigenstruktur und wahrscheinliche Pathogenität gemachten Erfahrungen wurden für die Herstellung eines in der Bekämpfung der Jungtier‐Coliruhr möglichst wirksamen Antiserums folgende Stämme mit der Antigenstruktur 8 : K 3 : 1, 9 : K 2 : 19, 26 : B 6 : 11, 55 : B 5 : 6, 78 :K 11 : 4 und 55: Kx: + ausgewählt. Bei der Serumherstellung bewährte sich ein konzentrierter Alaunpräzipitatimpfstoff.

In der kritischen Betrachtung der Ergebnisse wird das Coli‐Pathogenitätsproblem diskutiert und besonders auf die Bekämpfung der Coliinfektionen der Jungtiere eingegangen. Die Versuchsergebnisse lassen “pathogene Colitypen” als Ursache der Jungtierruhr vermuten. Diese “pathogenen Colitypen” müssen nicht immer regelmäßig bei Jungtieren Erkrankungen hervorrufen. Sie sind nur als eine der Ursachen anzusehen.

Die serologische Typendifferenzierung der E. coli verdient allgemein in der Veterinärmedizin vermehrte Beachtung. Zur Auswertung der in der bakteriologischen Praxis der Untersuchungsämter bei Jungtierruhr, Nahrungsmittelvergiftungen usw. erhobenen E. coli‐Befunde in serologischer und epidemiologischer Hinsicht wird die Einrichtung eines für ganz Deutschland zuständigen zentralen Coli‐Laboratoriums für notwendig angesehen.

of Escherichia coli strains isolated from healthy young animals and from young animals with coliform enteritis young animals with coliform enteritis

Strains of E. coli from 136 healthy and 176 diseased young animals were typed serologically. Particular comparison is made between strains from normal birds and strains from birds with coliform granulomas. An original scheme was devised for antigen typing. The scheme embraced 17 O, 14 K and 8 H antigens. The following are some of the results:

Of 176 coliform strains from pathological material, 94 (53.4%) could be differentiated by 17 group sera: in contrast, only 13 (9.3%) of 136 normal strains could be similarly typed. The results obtained with the agglutination method of Kauffmann, Knipschildt and Vahlne were similar to those obtained by complement fixation, provided that a boiled bacterial extract was used as antigen.

For the first time strains of O group 55 were identified in young animals, twice from sick foals and once from calves. The strain from the calves was identical with the type causing enteritis in infants (55 : B 5 : 6).

Specific types associated with infant enteritis were also isolated from 3 further cases, one in a calf (26:B6:11) and two in piglets (26 : B 6: —, and 26 :B 6 : 11).

In agreement with the findings of Wramby and Ørskov E. coli of O group 78 (Wramby = 41 w) was only isolated from pathological material. The type most often found in pathological material, apart from O groups 8 and 9, was O group 78. It seems likely that these three types play a similar rôle in enteritis of young animals to that played by O groups 26, 55 and 111 in diarrhoea of infants.

The strains isolated from so‐called “coli‐granulomas” in birds belonged to O groups 8 and 9. Four different K antigens could be demonstrated but there was no H antigen. In comparison, strains of E. coli from healthy birds had a different antigenic structure. The antigenic uniformity of coli‐granuloma strains suggests that they differ serologically from strains normally occurring in fowls.

The example of coli‐granulomas in fowls illustrates that there exist particular pathogenic types of E. coli which have a characteristic antigenic structure.

The present findings suggest that it is possible for young animals to acquire an exogenous infection with pathogenic E. coli.

In connection with the practical evaluation of the serological findings in relation to serum therapy a second section deals with the toxicity and immunological characters of strains of E. coli isolated from young animals.

Finally, the problem of the pathogenicity of E. coli is discussed in relation to the control of coliform infections in young animals.

La différenciation sérologique des types et l'étude des propriétés toxiques et immunisantes des souches d'Escherichia coli isolées chez des jeunes animaux sains ou atteints de diarrhée colibacillaire

L'auteur décrit des recherches sur la différenciation des types d'Escherichia coli isolés chez des jeunes animaux sains (136 cas) ou atteints de diarrhée colibacillaire (176 cas). En guise de comparaison particulière, on utilisa également des analyses d'antigènes faites avec des souches de colibacilles existant normalement chez la poule et avec des souches obtenues dans des coligranulomes. Pour la différenciation sérologique des types, l'auteur établit un schéma d'antigènes personnel. Le schéma comprend 17 antigènes O, 14 antigènes K et 8 antigènes H. Les constatations suivantes méritent d'être soulignées:

94 sur 176 (53,4%) des souches de colibacilles isolées dans des prélèvements pathologiques purent être différenciées à l'aide de 17 sérums de groupes O. Par contre, sur 136 souches normales, seulement 13 (9,3%). Les différenciations des types de colibacilles exécutées par la méthode d'agglutination de Kauffmann, Knipschildt et Vahlne correspondent aux résultats obtenus à l'aide de la réaction de déviation du complément, à condition d'employer comme antigène un extrait bactérien ayant bouilli.

Pour la première fois on trouva chez des jeunes animaux des souches de colibacilles du groupe O 55. Ces types de colibacilles étaient présents deux fois dans des maladies diarrhéiques du poulain et une fois chez des veaux. La souche trouvée chez des veaux s'avéra identique au type d'Escherichia 55 : B 5 : 6 qui provoque une entérite chez les nourrissons.

Parmi les types de colibacilles considérés comme les agents spécifiques de l'entérite des nourrissons, on trouva encore dans 3 cas E. coli du groupe O 26 (une fois chez le veau = 26 : B 6 : 11, deux fois chez des porcelets = 26 : B 6 :— et 26 : B 6 : 11).

En accord avec Wramby et Ørskov, E. coli du groupe O 78 ne put être cultivé qu'à partir de prélèvements pathologiques. Dans les prélèvements pathologiques, les E. coli du groupe O 78 étaient les plus fréquents après les souches O 8 et 9. II est possible que ces types jouent chez les jeunes animaux un rôle analogue à celui qui est démontré pour les souches du groupe O 26, 55 et 111 dans la diarrhée des nourrissons.

Les souches colibacillaires isolées chez les poules des “coligranulomes” appartiennent aux groupes O 8 et 9. On put constater chez ces souches 4 antigènes K différents. Des antigènes H ne purent en aucun cas être décelés. Par contre, les souches de colibacilles trouvées chez des poules saines avaient une autre structure d'antigènes. L'uniformité des antigènes des souches isolées des coligranulomes permet de conclure qu'il s'agit là de types d'E. coli pouvant être différenciés sérologiquement des souches normales.

Par l'exemple de la coligranulomatose des poules, on peut facilement démontrer que parmi les E. coli, il existe des types pathogènes déterminés avec une structure d'antigènes caractéristique.

Ces résultats suggèrent que chez les jeunes animaux, il faut compter avec la possibilité d'une infection exogène par les types de colibacilles pathogènes.

En tenant compte de l'utilisation pratique des résultats sérologiques pour la sérothérapie, on effectua dans une deuxième partie de ce travail des expériences sur la toxicité et les propriétés immunisantes des colibacilles isolés chez des jeunes animaux et d'une structure d'antigènes déterminée.

En conclusion l'auteur discute le problème de la pathogénité des colibacilles et traite spécialement de la lutte contre les infections colibacillaires des jeunes animaux.

La diferenciación serológica de tipos y el análisis de las propiedades tóxicas e inmunizantes de las cepas de Escherichia coli, aisladas a partir de animales jóvenes sanos y enfermos de colibacilosis

Se describen unas investigaciones realizadas sobre la diferenciación serológica de los tipos de Escherichia coli, aislados de animales jóvenes sanos (136 casos) y de enfermos de colibacilosis (176 casos). Para la comparación especial se apuntan también los análisis antigénicos de las cepas de los colis normales y de las cepas de los coligranulomas que se encuentran en las gallinas. Para la diferenciación serológica de los tipos se compuso un esquema antigénico propio. Este esquema abarca 17 antígenos O, 14 K y 8 H. Merecen destacarse las observaciones siguientes:

Se pudieron diferenciar 94 de las 176—53,4% cepas de colis aisladas a partir de materiales patológicos con la sola ayuda de 17 sueros específicos del grupo O, y por su parte únicamente 13 cepas normales de colis de 136—9,3%. La diferenciación de los tipos de colis realizada con la técnica de aglutinación según Kaufmann, Knipschildt y Vahlne coinciden con los resultados de investigación obtenidos con ayuda de la reacción de fijación del complemento, utilizándose como antígeno un extracto bacteriano de ebullición.

Por primera vez se hallaron en animales jóvenes cepas de colis del grupo 0–55. Estos tipos de colis se dieron en enfermedades disentéricas, dos veces en potros y una en terneras. La cepa aislada en las terneras se mostró como idéntica con el tipo Escherichia 55 : B 5 : 6, que origina la enteritis en los lactantes.

De los tipos coli que han de considerarse como agentes específicos en la enteritis de los lactantes se hallaron en otros tres casos E. coli del grupo 0–26 (en una ternera = 26 : B 6 : 11, y en dos lechones = 26 : B 6 : — y 26 : B 6 : 11).

En concordancia con Wramby y Ørskov, los E. coli del grupo 0–78 (Wramby = 41 w) solamente se cultivaron a partir de material patológico. Los E. coli del grupo 0–78 eran tras los grupos 0–8 y, 9 las cepas de colis más frecuentes en los materiales patológicos. Existe la posibilidad de que estos tipos jueguen entre las cepas coli de los animales jóvenes un papel análogo al que se ha demostrado en la diarrea de los lactantes para las cepas de enteritis de los grupos 0–26, 55 y 111.

Las cepas de colis aisladas en las gallinas de los llamados coligranulomas pertenecen a los grupos 0–8 y 9. En ellos se pudieron distinguir 4 antígenos K diferentes. En ninguno de los casos se pudieron apreciar antígenos H. Por su parte, las cepas de colis halladas en las gallinas sanas presentaban otra estructura antigénica. La uniformidad antigénica de las cepas de los coligranulomas permite colegir que en ellas se trata de tipos de E. coli diferenciables serológicamente de las cepas normales de los colis.

En el ejemplo de la coligranulomatosis de las gallinas se puede demostrar perfectamente que entre los E. coli existen determinados tipos patógenos con estructura antigénica característica.

Estos resultados de investigación indican que en los animales jóvenes expuestos a una posible infección exógena se tiene que contar con los tipos patógenos—de colis.

Con vistas a la valoración práctica para la seroterapia de los resultados serológicos, en una segunda parte del trabajo se realizaron investigaciónes sobre la toxicidad y propiedades inmunizantes de unos E. coli de estructura antigénica determinada, aislados de animales jóvenes.

Finalmente se discute sobre el problema de la patogenidad de los colis, abundándose especialmente en la lucha contra las coliinfecciones de los animales jóvenes.