- Titel
- In-vitro-Studien an Giardia duodenalis: Koinfektion mit Cryptosporidium parvum und die chemische Inaktivierung infektiöser Zysten
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-1049537
- Datum der Einreichung
- 28.08.2025
- Datum der Verteidigung
- 26.02.2026
- Abstract (DE)
- Einleitung: Die im Magen-Darm-Trakt parasitierenden Einzeller Giardia duodenalis und Cryptosporidium parvum infizieren ein breites Wirtsspektrum inklusive Menschen weltweit und beide Erreger haben insbesondere bei Individuen mit noch nicht vollständig entwickeltem oder beeinträchtigtem Immunsystem eine hohe klinische Bedeutung. Sowohl die axenische als auch die Ko-Kultivierung von G. duodenalis mit immortalisierten Zelllinien sind etabliert. Koinfektionen von G. duodenalis mit C. parvum sind aber, obwohl sie in verschiedenen Wirtsspezies nachgewiesen wurden, kaum erforscht. Ein weiterer bisher wenig untersuchter Aspekt im Themenfeld Giardia ist das für die Infektionsprävention bedeutende Ziel einer vollständigen Inaktivierung von infektiösen Zysten durch Oberflächendesinfektion. Ziele der Untersuchungen: Das Ziel der eigenen Arbeit war die Entwicklung von In-vitro-Modellen zur Untersuchung von G. duodenalis bezüglich der oben angesprochenen Fragestellungen. Material und Methoden: Ein etabliertes Infektionsmodell der intestinalen Zelllinie IPEC-J2 mit C. parvum wurde modifiziert und für die Untersuchung der Monoinfektion und Koinfektion mit G. duodenalis-Trophozoiten angepasst. Die Wirtszellviabilität während Monoinfektionen mit jeweils einem der beiden Erreger wurde unter Verwendung unterschiedlicher Ausgangsmengen von G. duodenalis-Trophozoiten und C. parvum-Sporozoiten mit dem CellTiter Blue-Viabilitätsassay bestimmt. Die Beurteilung der Infektionen erfolgte quantitativ mittels sondenbasierter qPCR 24, 48 und 72 Stunden (h) nach Infektion. Eine qualitative Infektionsanalyse wurde mittels Immunofluoreszenzfärbung infizierter Zellen und anschließender Auswertung durch Laser-Scanning-Mikroskopie realisiert. Um den vollständigen Lebenszyklus von G. duodenalis in vitro nachzustellen, wurden vier veröffentlichte Protokolle zur Enzystierung von Giardia-Trophozoiten auf die Ausbeute an Zysten untersucht. Die Exzystierung von in vitro generierten Zysten wurde mittels zweier Methoden eingeleitet, um eine geeignete Prüfungsmethode für die Beurteilung der Lebensfähigkeit von Giardia-Zysten nach Inkubation mit einem kommerziellen Desinfektionsmittel (ViPiBaX®Giardien Ex von ViPiBaX GmbH) zu ermitteln. Behandelte Zysten und Kontrollen wurden bei 10 °C oder Raumtemperatur inkubiert. Zysten, die mit 30 %iger Wasserstoffperoxid-Lösung behandelt wurden, dienten als Positivkontrolle. Zysten der Negativkontrolle wurden mit Wasser standardisierter Härte inkubiert. Ergebnisse: In IPEC-J2-Kulturen, die ausschließlich mit 1 x 10^5 oder 2 x 10^5 Giardia-Trophozoiten infiziert wurden, nahm die Zahl der Trophozoiten zwischen den Messzeitpunkten 24 h und 72 h nach Infektion nicht in statistisch signifikantem Ausmaß zu (p > 0,05). In monoinfizierten Kulturen mit einer vergleichsweise geringen Initialdosis an Giardia-Trophozoiten (1 x 10^4, 5 x 10^4) war die Trophozoitenproliferation innerhalb von 48 h signifikant (p < 0,05; p < 0,01). Ein ebenfalls signifikanter Zuwachs wurde bei allen koinfizierten Kulturen mit C. parvum festgestellt, wenn ein Inokulum von 1 x 10^5 Giardia-Trophozoiten eingesät wurde (p < 0,05; p < 0,01). Im Vergleich zu monoinfizierten Kulturen wurde in koinfizierten Kulturen mit C. parvum bei gleicher initialer Giardia-Trophozoitenzahl insbesondere 48 h nach Infektion eine signifikant höhere Trophozoitenmenge ermittelt (p < 0,05; p < 0,01). Die Infektion mit der höchsten Giardia-Trophozoitenzahl von 2 x 10^5 reduzierte die Viabilität von IPEC-J2-Zellen 72 h nach Infektion signifikant auf < 90 % (p < 0,05). Während der Infektion mit C. parvum konnte zu keinem Untersuchungszeitpunkt eine Beeinträchtigung der Viabilität der Wirtszellkulturen festgestellt werden. Es waren keine signifikanten (p > 0,05) Unterschiede im Infektionsverlauf von C. parvum zwischen Monoinfektion und Koinfektion mit Giardia detektierbar. Ein Enzystierungsprotokolls, publiziert 1991, erwies sich als besonders ertragreich und konnte die höchste Zystenausbeute mit durchschnittlich 2 x 10^5 Zysten pro Kultivierungsröhrchen erzielen. Die Exzystierung von in vitro generierten Giardia-Zysten war in unbehandelten Negativkontrollen möglich, jedoch nur mit einer geringen Exzystierungsrate weniger als 0,01%. Alle Positivkontrollen oder mit dem kommerziellen Desinfektionsmittel behandelten Giardia-Zysten setzten keine Trophozoiten frei. Schlussfolgerung: Es konnte ein begünstigender Effekt einer Kryptosporidieninfektion auf die Vermehrung von G. duodenalis in vitro nachgewiesen werden, während umgekehrt eine Wirkung der Giardien auf C. parvum nicht gesehen wurde. Eine grundsätzliche Eignung des entwickelten In-vitro-Modells zur Feststellung der Wirksamkeit chemischer Desinfektion auf Giardienzysten konnte gezeigt werden. Die Verwendung im Labor enzystierter Giardien und axenische Vermehrung erlaubt eine Standardisierung von Versuchen an diesem Erreger, wie sie zum Beispiel für Inaktivierungsstudien aber auch weitergehende Fragestellungen wünschenswert ist. Allerdings ist eine weitere Optimierung der Verfahren erforderlich, um insbesondere eine höhere Zystenausbeute und eine zuverlässig reproduzierbare Exzystierung zu erreichen.
- Abstract (EN)
- Introduction: The ubiquitous protozoan parasites Giardia duodenalis and Cryptosporidium parvum inhabit the gastrointestinal tract of a wide range of hosts, including humans, and are of high clinical significance, especially in individuals with immature or compromised immune systems. Both axenic and co-cultivation of G. duodenalis with immortalized cell lines are established. Although coinfections of G. duodenalis with C. parvum have been detected in various host species, they have scarcely been investigated. Another aspect of Giardia that received little attention to date is the goal of complete inactivation of infectious cysts through surface disinfection, which is important to prevent infection. Aims of investigation: The aim of our work was to develop in vitro models for investigation G. duodenalis with regard to the questions mentioned above. Materials and methods: An established infection model of the intestinal cell line IPEC-J2 with C. parvum was modified and adapted for the investigation of monoinfection and coinfection with G. duodenalis trophozoites. Host cell viability during monoinfections with one of the two pathogens was determined using different starting quantities of G. duodenalis trophozoites and C. parvum sporozoites and conducting the CellTiter Blue cell viability assay. Infections were assessed quantitatively using probe-based qPCR 24, 48 and 72 hours (h) post infection (p.i.). A qualitative analysis of the infection was performed using immunofluorescence staining of infected cells and subsequent evaluation by laser scanning microscopy. To replicate the complete life cycle of G. duodenalis in vitro, four published protocols for encystation of Giardia trophozoites were examined for cyst yield. The excystation of in vitro generated cysts was initiated using two methods to determine a suitable test method for assessing the viability of Giardia cysts after incubation with a commercial disinfectant (ViPiBaX®Giardien Ex produced by ViPiBaX GmbH). Treated cysts and controls were incubated at 10 °C or room temperature. Cysts treated with a 30 % hydrogen peroxide solution served as positive controls. Cysts in negative controls were incubated with water of standardizes hardness. Results: The increased Giardia trophozoite count in IPEC-J2 cultures infected solely with 1 x 10^5 or 2 x 10^5 trophozoites between the measurement points 24 h and 72 h p.i. did not exceed the significance level (p > 0,05). In monoinfected cultures with a comparatively low initial dose of Giardia trophozoites (1 x 10^4, 5 x 10^4), the trophozoite count increased significantly within 48 h (p < 0,05; p < 0,01). A similar increase was observed in all cultures coinfected with C. parvum when an inoculum of 1 x 10^5 Giardia trophozoites was added (p < 0,05; p < 0,01). Coinfected cultures with C. parvum showed a significantly higher trophozoite count compared to monoinfected cultures with the same initial Giardia trophozoite count, particularly 48 h p.i. (p < 0,05; p < 0,01). Infection with the highest Giardia trophozoite count of 2 x 10^5 significantly reduced the viability of IPEC-J2 cells to < 90 % 72 h p.i. (p < 0,05). During infection with C. parvum, no impairment of the host cell viability was observed at any time point during the study. No significant differences in the course of C. parvum infection were detectable between monoinfection and coinfection with Giardia (p > 0,05). An encystation protocol, published 1991, proved to be particularly efficient and resulted in the highest cyst yield with an average of 2 x 10^5 cysts per culture tube. The excystation of the in vitro generated Giardia cysts was possible in untreated negative controls, however, with only a low excystation rate of less than 0.01 %. None of the positive controls or Giardia cysts treated with commercial disinfectants released trophozoites. Conclusion: A beneficial effect of Cryptosporidium infection on the proliferation of G. duodenalis in vitro was demonstrated, whereas conversely, no effect of Giardia on C. parvum was observed. The general suitability of the developed in vitro model for determining the effectiveness of chemical disinfection on Giardia cysts was demonstrated. The use of in vitro encysted Giardia and axenic proliferation enables the standardization of experiments on this pathogen, as it is desirable for inactivation studies as well as more broader scientific inquiries. However, further optimization of the procedures is necessary in order to achieve a higher cyst yield and reliably reproducible excystation in particular.
- Forschungsdatenverweis
- Establishment of an in vitro co-infection model of Cryptosporidium parvum and Giardia duodenalis
DOI: 10.1186/s13071-025-06926-5
Link: https://doi.org/10.1186/s13071-025-06926-5 - In Vitro Disinfectant Efficacy Assay on Giardia duodenalis Cysts
DOI: 10.3390/hygiene5040054
Link: https://doi.org/10.3390/hygiene5040054 - Freie Schlagwörter (DE)
- Giardia duodenalis, Cryptosporidium parvum, in vitro, Koinfektion, Desinfektionsmitteltest
- Freie Schlagwörter (EN)
- Giardia duodenalis, Cryptosporidium parvum, in vitro, coinfection, disinfectant testing
- Klassifikation (DDC)
- 636.089
- 630
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Universität Leipzig, Leipzig
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-1049537
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 02.06.2026
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
