Testung der Toxizität von Bakterienpräparaten in tierischen Zellkulturen

Ziel eines 15-wöchigen Berufspraktikums an der Universität für Bodenkultur Wien war, den Bakterienstamm Pseudomonas species auf seine Toxizität zu prüfen. Dies geschah anhand der Messung des elektrischen Widerstandes von in vitro Assays von Calu-3 Monolayern (TEER), die für den Messzeitraum von 4 Stunden mit verschiedenen Bakterienpräparaten behandelt worden waren. Eine Reduzierung des elektrischen Widerstandes gibt Aufschluss über die toxische Wirkung der Bakterienpräparate auf die Tight-junctions von Calu-3.

Die Familie Pseudomonadaceae bezeichnet eine Gruppe gram-negativer Stäbchen mit polaren Geißeln. Diese Bakterien leben in Boden, Wasser, in und auf anderen Organismen. Viele Vertreter fluoreszieren und es gibt einige Pathogene unter ihnen. Als positive Kontrolle wurde der toxische Stamm Pseudomonas aeruginosa verwendet, der ein häufig auftretender Krankenhauskeim ist. Als negative Kontrolle wurden der nicht toxische Stamm Pseudomonas trivialis und ein nicht toxischer Escherichia coli Stamm verwendet. E. coli ist ebenfalls gram-negativ. Als zusätzliche Referenzen wurde LB-Medium und PBS auf den Zelllayern gemessen.

Bei Calu-3 handelt es sich um menschliche Lungen Adenokarzinom Zellen. Da sie Epithelzellen sind, bilden sie einen Monolayer aus, der mittels Tight-Junctions in Verbindung steht. Für dieses Experiment wurden Calu-3 Monolayer in Transwellassays kultiviert, um den Widerstand des Zelllayers optimal messen zu können. Dafür ist eine Elektrode oberhalb und unterhalb des Zelllayers notwendig und ein Ohmmeter, der den Widerstandswert angibt.

Von jedem Bakterienstamm wurden 4 Präparate getestet: der Kulturüberstand, das Pellet, das sonifizierte (aufgeschlossene) Pellet und das Ethanol Eluat des Pellets. Für jedes Präparat wurde eine 12-Well Platte benötigt, insgesamt wurden 18 Platten gemessen. Die TEER-Werte wurden jeweils nach 0, 2 und 4 Stunden ermittelt und statistisch ausgewertet.

In diesem Experiment konnte die schädliche Wirkung von P. aeruginosa auf die Tight-Junctions aufgrund stark reduzierter TEER-Werte nach 4 Stunden gezeigt werden sowie die unschädliche Wirkung von P. trivialis, E. coli, PBS und LB-Medium. Über die Toxizität von Pseudomonas species konnte keine eindeutige Aussage gemacht werden, da 2 seiner Präparate den TEER reduzierten und die anderen beiden Präparate den TEER konstant hielten bzw. steigerten.

Testing the toxicity of bacterial preparations on animal cellcultures

The aim of a 15-week internship at the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna was to test a bacteria strain, Pseudomonas sp., for its toxicity. Therefore the electric resistance of in vitro assays of Calu-3 monolayers (TEER) have been measured during 4 hours of incubation of different bacterial preparations. The reduction of the electrical resistance is supposed to inform about the toxic influence of the bacterial preparations on the tight junctions of the Calu-3.

The family Pseudomonadaceae describes a group of gram-negative, rod-shaped bacteria with polar flagella. They live in soil, water, in and on other organisms and contain some pathogens. As positive control the toxic strain Pseudomonas aeruginosa was used, which is a common hospital infection. As negative control served non toxic Pseudomonas trivialis and a non toxic Escherichia coli strain, which is gram-negative too. Additional references were PBS and LB-medium.

Calu-3 are human adenocarcinoma cells. They are epithelia cells, meaning they build a monolayer whose cells are connected with tight-junctions. In this experiment the Calu-3 cells were cultured in transwellassays, because the transwells allow to measure the electrical resistance via an electrode above und beneath the monolayer. An ohmmeter shows the resistance value.

4 preparations of every bacteria strain were measured: the culture supernatant, the pellet, the sonificated pellet and the ethanol eluate of the pellet. For each preparation one 12-well plate was necessary, in total 18 plates were measured. The resistance values were measured after 0, 2 and 4 hours, the TEER values calculated and statistically analysed.

In this experiment the harmful effect of P. aeruginosa on the tight-junctions was shown because of great reduced TEER values after 4 hours and the harmless effects of P. trivialis, E. coli. PBS and LB-medium. It cannot be said if Pseudomonas species is toxic or not, because two of its preparations reduce the TEER, the other two keep the values quiet constant or increase them.