500 Naturwissenschaften und Mathematik
Filtern
Erscheinungsjahr
- 2012 (2) (entfernen)
Sprache
- Englisch (1)
- Mehrsprachig (1)
Schlagworte
- Anthropogener Klimaänderung (1)
- Benzo[a]pyrene (1)
- Carcinogenese (1)
- Hapten (1)
- Immunisation (1)
- Immunisierung (1)
- Neozoen (1)
- Schadpotential (1)
- Umweltrecht (1)
- Vaccination (1)
The main objective of the present thesis was to investigate whether antibody effects observed in earlier in vitro studies can translate into the protection against chemical carcinogenesis in vivo as the basis of an immunoprophylactic approach against carcinogens. As model for chemical carcinogenesis, we selected B[a]P the prototype polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH), an environmental pollutant emanating from both natural and anthropogenic sources. Many in vivo models conveniently use high doses of carcinogens mostly given as single bolus, which provides simple surrogate readouts, but poorly reflects chronic exposure to the low concentrations found in the environment. In addition, these concentrations cannot be matched with equimolar antibody concentrations obtained by immunisation. However, low B[a]P concentrations do not permit to directly measure chemical carcinogenesis. Therefore, in the present thesis, the pharmacokinetic, metabolism and B[a]P mediated immunotoxicity were chosen as experimental read-outs. B[a]P conjugate vaccines based on ovalbumin, tetanus toxoid and diphtheria toxoid (DT) as carrier proteins were developed to actively immunise mice against B[a]P. B[a]P-DT conjugate induced the most robust immune response. The antibodies reacted not only with B[a]P but also with the proximate carcinogen 7,8-diol-B[a]P. Antibodies modulated the bioavailability of B[a]P and its metabolic activation in a dose-dependent manner by sequestration in the blood. In order to further improve the vaccination, we replaced the protein carrier by promiscuous T-helper cell epitopes to induce higher antibody titer with increased specificity for the B[a]P hapten. We hypothesised that a reduction of B cell binding sites on the carrier, compared to whole protein carrier, should favour the activation of B cells recognising the hapten instead of the carrier protein. An internal processing of the carrier and cleavage of the B[a]P-BA and subsequent presentation of the carrier peptide by MHC II molecules to T cell receptor should induce a B cell dependent immune response by activating B cells capable to recognise B[a]P. We demonstrated that a vaccination against B[a]P using promiscuous T-helper cell epitopes as a carrier is feasible and some tested peptide conjugates were more immunogenic as whole protein conjugates with increased specificity. We showed that vaccination against B[a]P reduces immunotoxicity. B[a]P suppressed the proliferative response of both T and B cells after a sub-acute administration, an effect that was completely reversed by vaccination. In immunized mice the immunotoxic effect of B[a]P on IFN-γ, Il-12, TNF-ï¡ production and B cell activation was restored. In addition, specific antibodies inhibited the induction of Cyp1a1 by B[a]P in lymphocytes and Cyp1b1 in the liver, enzymes that are known to convert the procarcinogen B[a]P to the ultimate DNA-adduct forming metabolite, a major risk factor of chemical carcinogenesis. In order to replace Freund adjuvant and to improve the immunisation strategy in terms of antibody quantity and quality, several adjuvants that are potentially compatible with their use in humans were tested. In combination with Freund adjuvant, the conjugate-vaccine induced high levels of B[a]P-specific antibodies. We showed that all adjuvants tested induced specific antibodies against B[a]P and 7,8-diol-B[a]P, its carcinogenic metabolite. The highest antibody levels were obtained with Quil A, MF-59 and Alum. Biological activity in terms of enhanced retention of B[a]P was confirmed in mice immunised with Quil A, Montanide, Alum and MF-59. Our findings demonstrate that a vaccination against B[a]P is feasible in combination with adjuvants licensed in humans. Based on these results and with the current understanding of the mechanisms of chemical carcinogenesis of the ubiquitous carcinogen B[a]P and of the effects of specific antibodies, an immunoprophylactic approach against chemical carcinogenesis is absolutely warranted. Nevertheless, the direct effects of B[a]P-specific antibodies on the different stages of carcinogenesis (e.g. adduct formation) and whether these effects may translate into long-term protective effect against tumourigenesis needs to be proven in further experiments.
Die globale Vernetzung, der Flächennutungs- und Klimawandel sind zentrale Aspekte bei der Ursachenanalyse der zunehmenden Homogenisierung von Biozönosen und dem weltweiten Verlust von Biodiversität. Von großer Bedeutung sind dabei Arten, die in sich ein weiträumiges Verbreitungspotential mit einem hohen ökologischen, zum Teil in Verbindung mit einem hohen ökonomischen, Schadpotential vereinen " so genannte invasive Arten. Aufgrund ihrer Eigenschaften bilden sie einen wichtigen Schnittpunkt von Ökologie, Ökonomie und Soziologie in Theorie und Praxis. Im Zuge der steigenden Anzahl von biologischen Invasionen weltweit und dem interessanten, interdisziplinären Charakter des Forschungsfeldes, ist dessen Analyse ein bedeutendes Top-Thema internationaler Forschung geworden. Die durch invasive Arten verursachten Schäden sind enorm: So werden die jährlichen Schäden für die USA, Südafrika, das Vereinigte Königreich, Brasilien und Indien auf insgesamt 336 Milliarden US Dollar geschätzt. Nach einem Bericht der EU Kommissionrnbeläuft sich für die Europäische Union die Summe aller Schäden die durch invasive Arten verursacht werden auf jährlich 12 Mrd. Euro. Folglich stellen invasive Arten zugleich einen zunehmend wichtigeren, rechtlichen Regelungsgegenstand auf den unterschiedlichsten Ebenen (international, europäisch, national) dar. In dieser Dissertation wird die Bedeutung von Verbreitungsmodellen als Analyseund Präventions-Instrument in der naturschutzfachlichen Risikoabschätzung verdeutlicht. Ferner wird die Einsatzmöglichkeit von Modellen für die rechtliche Einstufung von Arten und als Ermessensgrundlage bei der Bewilligung von Kostenersatzansprüchen nach entstandenen Schäden aufgezeigt. Zwei ökonomisch bedeutsame Käferarten wurden zur Veranschaulichung als Modellorganismen ausgewählt: Der für die biologische Schädlingsbekämpfung absichtlich eingeführte Asiatische Marienkäfer Harmonia axyridis und der vorwiegend mit Holzverpackungsmaterialien global verschleppte AsiatischernLaubholzbockkäfer Anoplophora glabripennis. Beide Organismen sind in der EU alsrngebietsfremde Arten mit einem hohen Schadpotential einzustufen, haben jedoch einen sehr unterschiedlichen rechtlichen Status inne. Harmonia axyridis wird in Europa kommerziell vermarktet und darf in Deutschland mit Genehmigungsvorbehalt im Freiland ausgebracht werden, wohingegen Anoplophora glabripennis in der EU als zu bekämpfender Quarantäneschadorganismus geführt wird. Für beide Insekten gibt es derzeit keinen praktikablen Rechtsanspruch auf Schadenshaftung bzw. Entschädigungen. Neben der Erstellung von Verbreitungsmodellen nach naturwissenschaftlichen Kriterien, wird dieser Tatbestand erörtert und entsprechende Verbesserungsansätze für die Normsetzung und -anwendung präsentiert.