Scleroglucan als Antibiotikaersatz in der Tierzucht

Wrenger, Julika Susanne

Scleroglucan ist ein extrazelluläres ß-Glucan, welches vom filamentös wachsenden Pilz Sclerotium rolfsii produziert wird. Scleroglucan ist ein neutrales Homopolyme, das nur aus Glucose besteht. Durch die Gelpermeationschromatographie gekoppelt an einen Viskositäts- und Brechungsindexdetektor ist es gelungen, über die universelle Kalibrierung Molekulargewichte vom Scleroglucan zu bestimmen. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Einfluss von Salzen und Stabilisatoren beachtet werden muss. Durch Ultraschallabbau von nativem Scleroglucan konnten eigene Standards produziert werden, die sich in die universelle Kalibrierung mit Pullulan-Standards (DIN-Pullulan) einfügen lassen. Der Abbau von Scleroglucan ist sowohl thermisch als auch enzymatisch möglich ist. Bei 121 °C über 72 h entstehen jedoch keine verschiedenartigen Molekulargewichtsfraktionen. Die Anwendung von Enzymgemischen zeigte, dass kein Enzym eine reine Endoglucanase-Aktivität besitzt. Es ist jedoch gelungen, mit Hilfe des kommerziell erhältlichen und preisgünstigen Enzyms Cellupract® AS 100 (ca. 5 €/25 kg) der Fa. Biopract (Berlin), eine Fraktion mit definiertem Molekulargewicht zu gewinnen. Primär werden oligomere Scleroglucane mit einem Molekulargewicht von ca. 4.000 bzw. 6.000 g/mol gebildet, die das gleiche Verzweigungsmuster (13C-NMR, Dr. Wray, HZI) wie das native Molekül besitzen. Mit Hilfe von fluoreszenzmarkiertem Scleroglucan konnte in Kooperation mit Prof. Breves (TiHo Hannover) nachgewiesen werden, dass natives Scleroglucan nicht in der Lage ist, die Darmwand des Schweins zu passieren. Aus Untersuchungen von gefriergetrocknetem Darminhalt von Schwein, Rind und Pferd (TiHo Hannover) ging hervor, dass eine Verstoffwechslung des Scleroglucans von der Mikroorganismenpopulation der Tiere abhängig ist. Es erfolgte ein Abbau des Scleroglucans beim Rind und Pferd, jedoch war keine Degradation des Scleroglucans beim Schwein festzustellen. Ein Durchbruch in dem Nachweis der immunstimulierenden Wirkung von degradierten Scleroglucanen ergab sich bei porcinen Dendritischen Zellen (MoDC). In Abhängigkeit vom Molekulargewicht zeigten die MoDC eine verstärkte Reifung (erhöhte Expression der Reifungsmarker CD40 und CD80/86), verminderte Endozytoseaktivität und erhöhte stimulatorische Aktivität in Form von verstärkter Zytokinbildung (Kooperation mit Otto-von-Guericke-Universität,Magdeburg).

The filamentous growing fungus Sclerotium rolfsii produces an extracellular ß-glucan named scleroglucan. It is a member of neutral homopolymers and thus the determination of the molecular weight is impeded. To determine the molecular weight, a method has been succeesfully developed using a universal calibration for size exclusion chromatography coupled with viscosity allowing to measure precisely the molecular weight of scleroglucan. It was shown that an influence of salts and stabilizers can be observed. Own reference standards were produced by ultrasonic degradation of nativescleroglucan. The combination of pullulan reference standards and scleroglucan references gave a feasible equation. The degradation of Scleroglucan is possible by thermic, ultrasonic and atack. For 72 h at 121 °C formation of different molecular weight fractions failed only glucoase was released. All enzymes mixtures tested showed combined endo- and exoglucanase activity in different extend. Using the commercially available and inexpensive enzyme Cellupract® AS 100 (about 5 € / 25 kg) from Biopract (Berlin), a defined molecular weight was produced. An oligomeric scleroglucan is primarily formed yielding a molecular weight between 4,000 and 6,000 g/mol with the same branching pattern (13C-NMR, Dr. Wray, HZI) as the native molecule. In cooperation with Prof. Breves (TiHo Hannover) we showed with the help of fluorescence labeling that native scleroglcan can´t pass through the intestinal wall of swine. Tests using lyophilized intestinal contents of swines, cattle and horses (TiHo Hannover) offered that the degradation of Scleroglucan is depending on the microbial population of the animal. Total hydrolysation occured in cattle and horses. Hoewer, in pig Scleroglucan was stable against microbial attack. An immune-stimulating effect by degarded scleroglucan was detected in porcine dendritic cells (MoDC) (cooperation with Otto-von-Guericke-University, Magdeburg). Depending on the molecular weight, increased MoDC maturation (increased expression of maturation markers CD40 and CD80/86), decreased endocytosis activity and stimulatory activity in terms of increased cytokine release was detected.

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Wrenger, Julika Susanne: Scleroglucan als Antibiotikaersatz in der Tierzucht. 2011.

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