Research projects

Funding: COST (Action TD1302: European Network on Taeniosis/Cysticercosis)

Project Details:
Im Rahmen der geplanten Studie sollen serologische Methoden zum Nachweis des Cysticercus bovis entwickelt werden. Diese Nachweisverfahren sollen an Feldproben auf ihre Brauchbarkeit im Rahmen der Fleischuntersuchung untersucht werden.

Cooperation Partners:

Dr. Uschi Nagel-Kohl, LAVES, Veterinärinstitut

Dr. Sameh Abuseir, An-Najah National University, Palästina

Funding: BMBF, 120.000 EUR

Project Details:
Ein essentieller Bestandteil der Zoonoseforschung ist die Früherkennung der Verbreitung von potentiellen Krankheitserregern. Besonders durch blutsaugende Arthropoden übertragene Viren, sogenannte Arboviren, dringen in neue geographische Regionen vor und breiten sich dort über endemische Übertragungsvektoren aus. Die Detektion von bekannten und neuartigen Arboviren wird daher immer wichtiger, um frühzeitig das Gefährdungspotential einschätzen und geeignete Kontrollstrategien entwickeln zu können. Um Studien zum Gefährdungspotential durchführen zu können, sind Virusisolate und geeignete Zellkultursysteme notwendig. Allerdings sind weder Protokolle zur standardisierten Virusisolierung aus Stechmücken noch geeignete Kultivierungssysteme vorhanden. Die Anzahl an Zelllinien aus Stechmücken ist auf wenige tropische Arten begrenzt und es ist nur eine Stechmückenzelllinie bekannt, bei der die antivirale RNA Interferenz (RNAi) Kaskade nicht funktionell ist.
Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist daher die Herstellung von Zelllinien aus verschiedenen einheimischen Stechmückenarten, die aufgrund ihrer Wirtspräferenzen und Populationsdichte für die Übertragung von neuartigen Viren eine Rolle spielen könnten. Die Zelllinien sollen anschließend auf RNAi Defizienz selektiert werden, um jeweils Zellen einer Spezies mit funktioneller und nicht funktioneller RNAi Kaskade zur Verfügung zu haben.
Damit soll eine neue Basis für die Isolierung und Charakterisierung von Viren aus europäischen Stechmücken geschaffen werden. Um die systematische Virusisolierung zu
gewährleisten, wird außerdem ein Standardprotokoll für die Isolierung von Viren aus Stechmücken etabliert.
Die durch die Projektergebnisse aufgebauten Strukturen und Testsysteme werden über das Datenbankinternetportal der Zoonoseplattform und die Zellbank des Friedrich Löffler Instituts
zur Verfügung gestellt. Das Projekt gliedert sich in den Bereich prädiktive Diagnostik und neue und/oder neuartige Zoonoseerreger ein. Die etablierten Methoden und Ressourcen bieten eine breite Basis für weitergehende Projekte, wie beispielsweise der Untersuchung der Anpassungsfähigkeit von tropischen Viren an einheimische Stechmücken.

Cooperation Partners:

Dr. Sandra Junglen, Institut für Virologie, Universitätsklinikum Bonn, Bonn

Funding: Industry (Veterinary pharmaceuticals/Vaccines), 133.000 EUR

Project Details:
Entwicklung von Endo- und Ektoparasitika

Funding: Nds. Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz und Landesentwicklung, 210.414 EUR

Project Details:
Der Fasan (Phasianus colchicus) ist eine der bedeutendsten Niederwildarten für die Jagd in Niedersachsen und hat in den letzten 20 Jahren in weiten Teilen Niedersachsens hohe Besatzdichten erreicht.
Nachdem bereits im Jagdjahr 2008/09 in weiten Teilen des westlichen Niedersachsens ein Rückgang der Jagdstrecke zu verzeichnen war, gab es auch in den Folgejahren vornehmlich im westlichen Niedersachsen wieder hohe Besatzrückgänge.
Das Rebhuhn (Perdix perdix) verzeichnet bereits seit den 1970er Jahren einen starken Besatzrückgang, so dass sein Bestand in Europa als gefährdet gilt. Daher wird auf die Bejagung des seltenen Niederwildes in Niedersachsen freiwillig verzichtet. Es bevorzugt Lebensräume, die sich u. a. durch wechselnde Mehrfruchtnutzung in der Landwirtschaft sowie hohen Grenzlinienanteil auszeichnen.
Es ist anzunehmen, dass es sich bei den auftretenden Besatzrückgängen um ein multifaktorielles Geschehen handelt.
Der wesentliche Teil der biotischen Einflussfaktoren, die im Rahmen dieser Untersuchung quantifiziert werden, sind Krankheitserreger. Über das Vorkommen dieser Erreger, zu denen Viren, Bakterien und Parasiten gehören, ist beim wildlebenden Fasan wenig bekannt. Die geographische Nähe des Untersuchungsgebietes zu Wirtschaftsgeflügelstandorten mit den dort typischen Krankheitserregern birgt die Möglichkeit eines Eintrags in die Wildvogelpopulation. Während für andere Wildarten hierzu zahlreiche Erkenntnisse vorliegen, wie beispielsweise bei der Übertragung der Klassischen Schweinepest zwischen Haus- und Wildschweinen, sind die epidemiologischen Faktoren für die Wildvogelpopulation weitgehend unbekannt. Auch die Frage der Pathogenität verschiedener Geflügelerkrankungen für den Wildvogelbesatz teilweise unklar. Darüber hinaus ist die Ausbringung von Krankheitserregern oder Giftstoffen im weitesten Sinne über Tiermist, Gülle oder Gärsubstrate in Erwägung zu ziehen.
In parallel laufenden Projekten am ITAW wird der Einfluss abiotischer Faktoren des spezifischen Lebensraumes untersucht.

Results:

Der anhaltende Rückgang von Fasanen- und Rebhuhnbesätzen im nordwestlichen Niedersachsen, Nordrhein-Westfahlen und Schleswig-Holstein wurde zum Anlass genommen der Frage eines möglichen Krankheitsgeschehens in den Populationen nachzugehen.

 

Die Untersuchungsergebnisse zeigen auf, dass keine einzelne hochpathogene Erkrankung die Fasane versterben lässt, sondern vielmehr scheinen verschiedene Erkrankungen und unterschiedliche Erreger die Population zu belasten. Im Zusammenspiel mit weiteren Umweltfaktoren, wie Prädation, Habitatveränderung, Witterung und Belastungen durch Pflanzenschutzmittel, Tiermist und Gülle spielen Krankheitserreger offensichtlich eine wichtige Rolle. Die Folgen von Erkrankungen, die die Fasane schwächen, ihr Fluchtverhalten vermindern und die Aufzuchterfolge minimieren, können gravierend für die Populationsentwicklung sein. Erste Hinweise auf einen zusätzlichen Einfluss durch den Eiweißgehalt in der Nahrung der Jungtiere konnte aufgezeigt werden, da es sowohl zu Verzögerungen in der körperlichen Entwicklung kam, als auch die Kompetenz des Immunsystems differierte.

Project Details:
Resistenzen von Endoparasiten des Schafes gegen Anthelmintika sind inzwischen weit verbreitet. So konnte bereits Moritz im Jahre 2005 bei über 50% der Herden des Schaf- und Ziegengesundheitsdienstes Hannover Resistenzen gegen Benzimidazole nachweisen. Perbix (2008) fand bei 17% der deutschlandweit untersuchten Schafherden Magen-Darm-Strongyliden von Schafen, die resistent gegenüber makrozyklischen Laktonen waren. Kürzlich wies Voigt (2011) eine Multiresistenz in einem bayerischen Schafbestand gegen Benzimidazole, makrozyklische Laktone und Levamisol nach. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, daß ein wesentlicher Faktor bei der Etablierung von Anthelmintika-Resistenzen das "dose- and move system"" ist, das lange Zeit empfohlen wurde. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine ausreichende Besiedelung der Weidefläche mit Parasitenstadien, die keinem Selektionsdruck durch Behandlungen mit Anthelmintika unterliegen, die Ausbreitung von Resistenzen deutlich bremsen kann. Um dieses sog. Refugium (Anteil der Wurmpopulation welcher keinem Anthelminthika-Selektionsdruck unterliegt (z.B. freilebende Larven)) möglichst effektiv zu erhalten, hat es sich neben einem ""move and dose""-System als günstig erwiesen, nur einen Teil der Tiere mit einer Endoparasitenbesiedelung zu entwurmen. Als Parameter, der es mit ausreichender Empfindlichkeit erlaubt die stärker mit Endoparasiten belasteten Lämmer zu erkennen, haben sich die täglichen Zunahmen erwiesen. (F.Kenyon et al., 2009). In einem Versuch sollen die männlichen und weiblichen Lämmer nach dem Absetzen von der Mutter auf jeweils gleich großen Weiden gehalten und alle 4 Wochen umgetrieben werden. Die Hälfte der Tiere wird alle 4 wochen anthelmitisch bewahndelt, während in der jeweiligen Vergleichsgruppe nur jeweils die 25% der Lämmer behandelt werden soll, die die schlechtesten Zunahmen haben. Das Prinzip des Targeted Selective Treatments soll über zwei Jahren mit zwei verschiedenen Anthelmintika unter deutschen Praxisbedingungenn überprüft werden."

Results:

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/trappc_ss14.pdf

Cooperation Partners:

Institut für Parasitologie und Tropenveterinärmedizin der FU Berlin

FLI, Institut für Nutztiergenetik, Mariensee

Funding: EU (Paravac), 636.210 EUR

Project Details:
In verschiedenen heterologen Systemen (E. coli, Pichia pastoris, Nicotiana tabacum) rekombinant exprimierte Lungenwurmproteine sollen in in vitro-Assays auf ihre Antigenität untersucht werden. Dabei wird die Reaktion jener Immunzellen untersucht, die grundsätzlich bei Infektionen eine initiale Rolle spielen, nämlich die der Dendritischen Zellen (DC). Die Maturation von stimulierten DC und ihre Fähigkeit, naive T-Zellen (TC) zu stimulieren und zur Proliferation anzuregen, gibt erste Hinweise über das Potential eines rekombinanten Proteins, das Immunsystem zu aktivieren. Darüber hinaus kann durch die Untersuchung von Zytokinprofilen im Kulturmedium auf die Richtung der Immunantwort (TH1/TH2) geschlossen werden. Mit Hilfe dieser Immunzellassays können somit gezielt immunstimulierende Lungenwurmproteine für spätere Vakzinierungsstudien ausgewählt werden.

Results:

Joekel, D., Hinse, P., Raulf, M. K., Schicht, S., Bäumer, W., Werling, D., Kremmer, E., Strube, C. (2015) Vaccination of calves with yeast- and bacterial-expressed paramyosin from the bovine lungworm Dictyocaulus viviparus. Parasite Immunology 37, 614-623

Cooperation Partners:

Dr. Dirk Werling, Royal Veterinary College, London

Prof. Dr. W. Bäumer, College of Veterinary Medicine, North Carolina State Universit, USA

Funding: EU (FP7), 636.210 EUR

Project Details:
Infektionen mit dem Rinderlungenwurm Dictyocaulus viviparus, welcher nicht selten tödliche Lungenerkrankungen hervorruft, induzieren eine belastbare, für 6-12 Monate vor einer Erkrankung schützende Immunität. Diese natürliche Immunitätsbildung ist die Grundlage für das Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines auf rekombinant exprimierten Proteinen basierenden Impfstoffs gegen den Rinderlungenwurm. Als Vakzinekandidaten sollen neben dem Muskelprotein Paramyosin, welches nur bei Wirbellosen anzutreffen ist, verschiedene sezernierte Antigene bezüglich ihres protektiven Potentials zunächst in vitro evaluiert und anschließend klinisch getestet werden.

Results:

http://cordis.europa.eu/result/rcn/181837_de.html

Funding: DFG, 181.795 EUR

Project Details:
Cysteinproteasen werden von Parasiten auf vielfältige Weise benötigt: sie sind an der Häutung zum nächsten Stadium beteiligt und ermöglichen die Gewebswanderung und den Verdau aufgenommener Nahrung. Gleichzeitig dienen sie als Modulatoren der Immunantwort. In diesem Projekt sollen verschiedene Cysteinproteasen der Papainfamilie (Kathepsine) und Legumainfamilie (Asparaginylpeptidasen) hinsichtlich ihre molekularen Struktur und Funktion überprüft werden. Weiterhin soll mittels quantitativer real time PCR ihre Beschränkung auf die parasitische Lebensphase bestätigt und ihr Zusammenspiel mit einem Vertreter der Thyroglobulin-Familie untersucht werden.

Results:

Da Cysteinproteasen bei parasitischen Helminthen Funktionen bei der Gewebewanderung, dem Nahrungsaufschluss sowie der Immunevasion wahrnehmen und daher essentiell für die parasitische Lebensweise sein können, sollten im bearbeiteten Projekt verschiedene Cysteinproteasen der Cathepsin- und Legumain-Gruppe des bovinen Lungenwurms Dictyocaulus viviparus funktionell und bezüglich möglicher Interaktionen charakterisiert werden. In die Untersuchungen zu Interaktionen wurde ein Testican-ähnliches Thyroglobulin einbezogen, da für humanes Cathepsin L (CPL) eine Enzymhemmung durch dieses Thyroglobulin nachgewiesen wurde.

Für die mittels Transkriptionsanalyse untersuchten Cysteinproteasen B1, B2, B3, F, Z und Legumain 1 und 2 sowie Testican ergab sich, dass die Proteine primär in den parasitischen Stadien und nur in sehr geringem Umfang in den frei-lebenden Stadien transkribiert werden. Eine Ausnahme bildete CPL, welches in allen Stadien, vorwiegend aber den frühen frei-lebenden Larvalstadien transkribiert wird. In die rekombinanten Expression wurden CPL, die B-Cathepsine, die Legumaine und Testican einbezogen. Bezüglich einer funktionellen Charakterisierung der Cysteinproteasen stehen Ergebnisse für CPB-1 noch aus, da die trans-Aktivierung dieses Enzyms erst kürzlich gelang. Für die anderen exprimierten Cysteinproteasen wurde festgestellt, dass alle ausschließlich im saurem Milieu arbeiten und ein Optimum bei pH 4,5 bzw. pH 5,5 aufweisen. Bezüglich der Substratspezifitäten entsprachen CPL sowie die Legumaine den aus der Literatur erwarteten Ergebnissen. Die B-Cathepsine zeigten hingegen eine höhere Affinität zum CPL- anstelle des CPB-spezifischen Substrats. Dies ist jedoch schon bei B-Cathepsinen anderer parasitischer Helminthen beobachtet worden und ist durch den molekularen Aufbau der jeweiligen aktiven Zentren erklärbar. Auch die Testung des Einflusses verschiedener Protease-Inhibitoren zeigte insgesamt die aus der Literatur erwarteten Ergebnisse. Eine Ausnahme bildete hierbei Leg-2, dessen hohe Sensitivität gegenüber verschiedenen Cysteinproteaseinhibitoren nicht erwartet worden war. Dies weist darauf hinweist, dass es sich bei Leg-2 um einen eher untypischen Vertreter der Legumain-Gruppe handelt. Bei der Evaluierung potentieller natürlicher Substrate zeigten alle Proteasen die Fähigkeit, verschiedene bovine Proteine zu spalten. Bovines Kollagen I und II wurden dabei von allen Cysteinproteasen gespalten. Mit Ausnahme von Leg-2 spalteten die verschiedenen Proteasen zudem Bestandteile des Bronchialschleims, der dem Parasiten als Nahrungsgrundlage dient.

Mittels in Kaninchen produzierter polyklonaler Antikörper konnten die Transkriptionsmusteranalysen auch auf Expressionsebene bestätigt werden. Zusätzlich zur stadienspezifischen Expression erfolgte auch eine Lokalisation der einzelnen Proteasen im Lungenwurmgewebe. Dabei zeigte sich, dass CPB-2 und -3 wie auch die Legumaine im Darm des Parasiten lokalisiert sind. Es kann daher von einer Funktion beim Verdau aufgenommener Nahrung ausgegangen werden. CPL, welches in nahezu allen Organen der Adulten sowie im Inneren von frei-lebenden Larven exprimiert wird, ist in Letzteren vermutlich am Umsatz von Speicherproteinen oder auch Häutungsvorgängen beteiligt, während bei der Umstellung auf die parasitische Lebendweise die Funktion einer unspezifischen lysosomalen Protease eingenommen werden könnte.

Interaktionsversuche der Cathepsine mit dem Thyroglobulin Testican ergaben, dass Testican ein hochaffiner, reversibler, kompetitiver Inhibitor von CPB-3 ist, wobei die inhibitorische Wirkung aus einer Bindung an das aktive Zentrum von CPB-3 resultiert. Damit konnte bei Helminthen erstmalig eine Regulation von Cysteinproteasen durch Thyroglobuline nachgewiesen werden. Anders als beim Menschen erfolgt beim Rinderlungenwurm jedoch eine Regulation eines B-Cathepsin anstelle eines L-Cathepsins.

Funding: Genome Sequencing Center, Washington University St. Louis, MO, USA

Project Details:
Transkripte frei lebender und parasitischer Entwicklungsstadien von Dictyocaulus viviparus werden charakterisiert. Schlüsselmoleküle des Stoffwechsels werden untersucht.

Results:

McNulty, S.N., Strube, C., Rosa, B.A., Martin, J.C., Tyagi, R., Choi Y.J., Wang, Q., Hallsworth Pepin, K., Zhang, X., Ozersky, P., Wilson, R.K., Sternberg, P.W., Gasser, R.B., Mitreva, M. (2016) Dictyocaulus viviparus genome, variome and transcriptome elucidate lungworm biology and support future intervention. Scientific Reports 6, 20316

 

Mangiola, S., Young, N.D., Sternberg, P.W., Strube, C., Korhonen, P.K., Hofmann, A., Mitreva, M., Scheerlinck, J.-P., Jex, A.R., Gasser, R.B. (2014) Analysis of the transcriptome of adult Dictyocaulus filaria and comparison with D. viviparus, with a focus on molecules involved in parasite-host interactions. International Journal for Parasitology 44, 251-261

Cooperation Partners:

Prof. R. Gasser, University of Melbourne

Dr. M. Mitreva, Genome Sequencing Center, Washington University

Funding: Genome Sequencing Center, Washington University St. Louis, MO, USA

Project Details:
Das gesamte Genom des bovinen Lungenwurms Dictyocaulus viviparus wird sequenziert und für zukünftige molekularbiologische Analysen in Datenbanken verfügbar gemacht

Results:

McNulty, S.N., Strube, C., Rosa, B.A., Martin, J.C., Tyagi, R., Choi Y.J., Wang, Q., Hallsworth Pepin, K., Zhang, X., Ozersky, P., Wilson, R.K., Sternberg, P.W., Gasser, R.B., Mitreva, M. (2016) Dictyocaulus viviparus genome, variome and transcriptome elucidate lungworm biology and support future intervention. Scientific Reports 6, 20316

Cooperation Partners:

Molecular Parasitology, University of Melbourne