Listeria monocytogenes (Lm) ist ein Gram-positives, fakultativ intrazelluläres Bakterium, ein Humanpathogen und damit eine große Herausforderung für die Nahrungsmittelindustrie. Aufgrund seiner Fähigkeit einzigartige transkriptionelle Programme hochzuregulieren und sich dadurch an verschiedene Umweltbedingungen wie Temperatur, Säure oder Salz anzupassen kann Lm viele ökologische Nischen besetzen. Der natürliche Infektionsweg beim Menschen ist über den Magen-Darm-Trakt, wo sich das Bakterium adaptieren und den Wirt befallen kann. In der Naturwissenschaft ist Lm ein häufig verwendeter Modellorganismus, dessen molekulare Eigenschaften Einblicke in viele fundamentale Prinzipien der Immunologie und Zellbiologie ermöglichen. Die Synthese von Typ I Interferonen (IFN-I) ist eine der ersten Reaktionen des angeborenen Immunsystems auf Listerieninfektion. Um die Rolle von IFN-I nach oraler Verabreichung (i.g.) zu untersuchen, wurde in der vorliegenden Arbeit der murinisierte LO28InlA* Stamm verwendet, welcher mit murinem E-cadherin auf Epithelzellen interagieren kann. Dabei zeigte sich, dass IFN-I eine protektive Wirkung auf den Wirt haben, da Mäuse ohne IFN-I Rezeptorkette 1 (Ifnar1-/-) anfälliger sind als Wild-typ C57BL/6N Mäuse (Wt). Dies steht im Gegensatz zu früheren Aufzeichnungen, die IFN-I nach systemischer (i.p.) Infektion als nachteilig für den Wirt beschreiben. Histologische Untersuchungen des Darms ergaben, dass Lm nur stellenweise Zellen der Mucosa, unterhalb der Epithelschicht in Darm-assoziierten lymphoiden Geweben (GALT), infiziert. Jedoch waren Infektionsausmaß bzw. -verteilung zwischen Wt und Ifnar1-/- Mäusen sehr ähnlich. Diese Beobachtungen wurden durch histologische Untersuchungen, Genexpressions-analysen und Bestimmung von Bakterienmengen im Darm assoziierten Immungewebe, wie den Peyer’s patches (PP) und den mesenterialen Lymphknoten (MLN), bestätigt. Der unterschiedliche Phänotyp zwischen i.g. infizierten Wt und Ifnar1-/- Mäusen war am stärksten ausgeprägt in der Leber, einer wichtigen Replikationsnische von Lm am Weg zur systemischen Infektion. Zu Beginn der Infektion befindet sich Lm noch in Hepatozyten, gefolgt von Infiltrierung von Gr1+ myeloider Zellen und anderen Leukozyten. Kleinere Infiltrate enthielten auch F4/80+ Makrophagen, die Anzahl dieser Zellen nahm allerdings mit der Größe der Infiltrate ab. 48h nach i.g. Infektion waren die Infiltrate mit massiven Zelltod assoziiert, sowohl innerhalb als auch um das Infiltrat herum. 30% der Ifnar1-/- Mäuse zeigten diesen dramatischen Phänotyp, korrelierend mit der Letalität der Infektion. Dennoch überlebte der Großteil der Mäuse dieses Stadium, höchstwahrscheinlich wegen steigender IFNg Werte im Blut. Zytokinmessungen während der Infektion ergaben, dass das Expressionsprofile von frühem IL-6, IFNg und MCP-1 prognostisch für den Grad der Infektion sind da i.g infizierte Wt Mäuse hohe Werte dieser Zytokine zeigten. Vermutlich ist der Wirt durch eine besser regulierte Immunantwort, mit IFNα und IFNβ als Mediatoren, besser auf Bakterien aus dem Darm vorbereitet als auf solche die systemisch verabreicht werden, denn Ifnar1-/- Mäusen fehlt eine adäquate Immunantwort innerhalb der ersten 24h. In diesem Zeitfenster können Listerien Fuß fassen und replizieren. In welchem Organ/ Zellen die IFN-I Antwort die wichtigste Rolle spielt steht noch nicht fest. Wir können allerdings eine verstärkte Rolle für IFN-I an der intestinalen Eintrittsstelle ausschließen. Vielmehr vermuten wir eine wichtige Rolle der Typ III Interferone (IFN-III), da IRF9-/- Mäuse, die weder auf IFN-I noch IFN-III Interferone reagieren können, höhere Bakterienanzahlen aufzeigen als Ifnar1-/- Mäuse. Zusammengefasst öffnen die Ergebnisse meiner Arbeit neue Perspektiven im Hinblick auf die Rolle von IFN-I bei bakteriellen Infektionen. Sie unterstreichen eine herausragende Rolle der Infektionsroute durch den inversen Effekt eines Zytokins nach gastrointestinaler oder systemischer Verabreichung.

Listeria monocytogenes (Lm), a Gram-positive facultatively intracellular bacterium, is a human pathogen and a major challenge to the food industry. It occurs ubiquitously due to its ability to upregulate unique transcriptional profiles under diverse environmental conditions, such as temperature, acid or salt. Its natural route of infection is through the gastrointestinal tract where it can adapt to and invade the host. In biological sciences Lm is a widely used model organism that has provided insight into many fundamental principles of immunology or cell biology. Synthesis of type I interferons (IFN-I) is one of the immediate innate responses to infection with Lm. Here, the mouse-adapted LO28InlA* strain, that is capable to interact with the murine epithelial junction protein E-cadherin, was used to study the impact of IFN-I responses on intragastric (i.g.) infection with Lm. IFN-I were shown to protect murine hosts in this situation, as mice lacking the IFN-I-receptor-chain 1 (Ifnar1-/-) were more susceptible than Wild-type C57BL/6N mice (Wt). This is in striking contrast with previous reports on systemic Lm infection, where IFN-I were described to be detrimental. Histological analysis of the gut revealed infected cell patches in the mucosal tissue underlying the epithelium and in the gut-associated lymphoid tissue (GALT), but the pattern or extent of infection was highly similar between Wt and Ifnar1-/- mice. This finding was corroborated by histological analysis, studies of gene expression and by the determination of bacterial burden with colony-forming-unit (CFU) assays of intestinal tissue including Peyer’s patches (PP) and mesenteric lymph nodes (MLN). The difference arising from i.g. infection between Wt and Ifnar1-/- mice was most pronounced in the liver, an early target organ of Lm on its way to systemic spread. Initially, Listeria resided in hepatocytes, following immune cell infiltration of Gr1+ myeloid cells and other leukocytes. In addition, smaller infiltrates containing F4/80+ macrophages were observed. Interestingly F4/80+ cells became increasingly rare as the size of inflammatory infiltrates increased. 48hrs after i.g. infection, massive cell death was found within the infiltrate as well as the surrounding hepatic tissue. About thirty percent of Ifnar1-/- mice displayed this dramatic liver phenotype and this correlated well with the lethality of infection. The majority of mice survived this stage, most likely due to a strong increase of IFNg production. Measurement of cytokine profiles during infection showed that the pattern of early IL-6, IFNg and MCP-1 production appears to be prognostic for the severity of infection. Wt mice infected i.g. displayed the highest levels of these cytokines early after infection. Speculatively, mammalian hosts are better adapted to gut-derived as opposed to systemic bacteria, resulting in a more regulated immune response with IFN-I as one of the first mediators. Ifnar1-/- mice seem to miss an adequate response within the first 24h, a timeframe for Lm to colonize its host and replicate. While our studies cannot definitively identify the relevant target organs or cells for IFN-I action after i.g. infection, they rule out a pronounced role for IFN-I at the site of intestinal entry. Interestingly, an impact of type III interferons (IFN-III) on the intestinal epithelium is suggested by the fact that IRF9-/- mice, that are unresponsive to both IFN-I and IFN-III, show an even higher bacterial burden than Ifnar1-/- mice upon i.g. infection. Taken together, the results presented in my thesis open a new perspective on the role of IFN-I in bacterial infections. They emphasize the importance of the infection route by demonstrating opposing roles of the cytokines upon infection via gastrointestinal or systemic administration.