Research

Funding: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, 603.258 EUR

Project Details:
The "DigiPig" experimental field pursues the strategic goal of further developing opportunities for digitisation, knowledge transfer and transformation for broad agricultural practice. Focus is laid on animal-friendly and resource-conserving pig farming, which can be transferred to other farms. A specially developed data model - the farm management software "DigiSchwein" - is intended to support pig farmers in their daily work with the animals.

Cooperation Partners:

Landwirtschaftskammer Niedersachsen

Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

OFFIS e.V.

Johann Heinrich von Thünen-Institut

Georg-August Universität Göttingen

Funding: BLE, 675.000 EUR

Project Details:
Als Ziele einer zukunftsweisenden landwirtschaftlichen Schweineproduktion werden die Steigerung von Tierwohl, Verbraucherschutz und Produktionseffizienz gleichermaßen definiert. Im Rahmen der Schweineproduktion immer wieder auftretende Atemwegserkrankungen, die für mehr als die Hälfte aller Antibiotikaverabreichungen verantwortlich sind, erschweren oftmals das Erreichen dieser Ziele. Dabei spielt Mycoplasma hyopneumoniae (M.hyo) eine zentrale Rolle. Der Erreger verursacht einerseits eine interstitielle Lungenentzündung, vor allem bei Absetz- und Mastschweinen ("enzootische Pneumonie"), andererseits erhöht er bei einer Besiedelung des Atemtraktes aber vor allem auch die Anfälligkeit der Tiere gegenüber anderen Lungeninfektionserregern. Eine Impfung verhindert nur die klinische Erkrankung der betroffenen Bestände, nicht jedoch die Besiedelung der Lungen durch den Erreger. Da derzeit nicht zwischen Impf- und Infektionsantikörpern unterschieden werden kann, ist die Beteiligung des Erregers oft schwer abschätzbar, was die Einleitung gezielter, wirtschaftlich effizienter Behandlungskonzepte, vor allem bei chronisch-rezidivierenden Atemwegserkrankungen erschwert.
Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung eines innovativen Schnelltest, der es direkt im Betrieb, ohne aufwendige Probenentnahme, Probenversand und externe Laborkosten ermöglicht, regelmäßig den serologischen Antikörperstatus der Schweine in Bezug auf M. hyopneumoniae zu überprüfen und zu überwachen, und dabei zwischen Impf-Antikörpern und Infektionsantikörpern zu unterscheiden. Ein solcher on-farm Schnelltest würde daher zur Steigerung des Tierwohls und der Verbrauchersicherheit führen sowie, durch Zeit- und Kostenersparnis, auch zu einer Steigerung der Produktionseffizienz der landwirtschaftlichen Schweineproduktion beitragen.
Die Entwicklung dieses Schnelltests erfordert die Identifizierung und Validierung von Antigenen, die (I) nur während der Infektion von M.hyo gebildet werden und im Schwein zur Bildung von Antikörpern führen, (II) nicht von Antikörpern, die nach der Immunisierung von Schweinen mit kommerziell zugelassenen Impfstoffen gebildet werden (Impf-Antikörper), erkannt werden, und die (III) spezifisch für M.hyo sind, d.h. die keine Kreuzreaktivität mit Antikörpern gegen andere, beim Schwein vorkommende Mycoplasma Arten (M. hyosynoviae, M. hyorhinis, M. flocculare) zeigen.

Funding: DFG, 362.650 EUR

Project Details:
Es wird allgemein angenommen, dass virale und bakterielle Co-Infektionen im Respirationstrakt prädisponierend für Infektionen durch Streptococcus suis sind. Wahrscheinlich beruhen die prädisponierenden Effekte auf einer Beeinträchtigung mukoziliärer Clearance- und Barrierefunktionen sowie auf Modulationen der Immunantwort, die Adhärenz und Invasion von S. suis fördern. Allerdings sind die Prozesse und Mechanismen der Interaktionen von S. suis mit co-infizierten respiratorischen Zellen bisher nur wenig bekannt. Unsere bisherigen Ergebnisse ergaben, dass porzine Influenzaviren (SIV) die Interaktionen von S. suis mit respiratorischen Zellen in einem zweistufigen Prozess beeinflussen. Initial wird die Adhärenz und Kolonisation der Streptokokken durch Bindung von Sialinsäureresten der Kapselpolysaccharide an Hämagglutinin an der Oberfläche SIV-infizierter Zellen vermittelt. In einem zweiten Schritt wird durch SIV-induzierte Ziliostase und Reduzierung der mukosalen Barriere die Invasion von S. suis in tiefere Zellschichten ermöglicht. Dieser Prozess ist sehr wichtig für die Pathogenität von S. suis, da er Voraussetzung für die weitere Invasion in den Blutkreislauf und die Ausbreitung des Erregers ist.
Im Folgeprojekt werden wir uns auf die Effekte mukosaler Schäden durch co-infizierende Pathogene auf Interaktionen von S. suis mit der respiratorischen Barriere konzentrieren. Wir gehen davon aus, dass das Ausmaß der mukosalen Schädigung einen entscheidenden Einfluss auf den Verlauf einer S. suis Infektion hat. Wir werden die gleichen primären Zellmodelle nutzen wie im vorherigen Projekt. Allerdings werden wir als co-infizierendes Pathogen statt SIV nun Bordetella bronchiseptica einsetzen. Von B. bronchiseptica ist bekannt, dass in Schweinen Co-Infektionen mit S. suis auftreten (beide sind am Porcine Respiratory Disease Complex beteiligt). Zudem haben experimentelle Infektionen gezeigt, dass B. bronchiseptica Schweine für intranasale Infektionen mit S. suis prädisponiert. Unsere bisherigen Untersuchungen haben außerdem ergeben, dass B. bronchiseptica mukosale Schäden verursacht, die von Ziliostase bis zur Ablösung Zilien-tragender Epithelzellen reichen, was zur Förderung der Adhärenz, Invasion und Zytotoxizität von S. suis führte. Daher sind unsere Hauptziele (i) die Charakterisierung von Effekten (milder und schwerer) mukosaler Schäden durch B. bronchiseptica auf die Adhärenz und Invasion von S. suis, (ii) die nähere Klärung der Rolle des S. suis Toxins Suilysin in diesen Interaktionen sowie (iii) die Analyse der Zellantwort von B. bronchiseptica-infizierten respiratorischen Zellen auf S. suis. Als Erkenntnisgewinn erwarten wir nähere Einblicke in die komplexen Pathogen-Wirt Interaktionen während der initialen Phase von S. suis Infektionen und, allgemein, während bakteriell-bakterieller Co-Infektionen im porzinen Respirationstrakt. Darüber hinaus können unsere Analysen der Wirtszellantworten dazu beitragen, Modulationen mukosaler Immunantworten durch Co-Infektionen zu identifizieren.

Results:

https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/280771934/ergebnisse

Funding: Niedersächsisches Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, 536.527 EUR

Project Details:
The aim of the present study is to evaluate the habitat-improving measures for the target species pheasant and brown hare in the model areas from an ecological perspective, in order to implement them later in a large number of areas if they have positive effects. In this way, the populations of the target species could be stabilised in the long term and, if necessary, increased. Furthermore, the experiences and results of the requested study could contribute to an improvement of the existing agricultural support systems.
It can be assumed that the habitat-improving measures will not only show positive effects on the target species, but will also contribute to an overall increase in biodiversity. Therefore, the research approach outlined here is consistent with previous studies and should result in practical solutions and recommendations for agriculture and hunting that contribute to an improvement in habitat quality for the target species. Furthermore, recommendations for improved predator hunting can also be made from the results.

Project Details:
Die Reduzierung von Stickstoff (N) und Phosphor (P) in der Nutztierfütterung gewinnt aus ökologischer und ökonomischer Sicht zunehmend an Bedeutung. Neben geringeren N- und P-Emissionen sowie Ressourcenschonung ermöglicht sie eine höhere Futtereffizienz und geringere Kosten. Wiederkäuer besitzen durch endogenes Phosphat- und Harnstoffrecycling besondere physiologische Mechanismen, um reduzierte N- und P-Gehalte bis zu einem gewissen Grad zu kompensieren. Das ruminale Mikrobiom spielt dabei eine zentrale Rolle im Aminosäurestoffwechsel. Ein Ungleichgewicht, insbesondere ein Mangel essentieller Aminosäuren, aktiviert in Säugetieren den GCN2/eIF2α/ATF4-Signalweg als adaptiven Mechanismus zur Wiederherstellung der zellulären Homöostase. Ziel der Studie war es, die Auswirkungen einer diätetischen N- und/oder P-Reduktion auf diesen Signalweg sowie auf die Expression von FGF21 in der Leber heranwachsender Ziegen zu untersuchen. Eine N-Reduktion führte zu einer Abnahme essentieller Aminosäuren im Plasma und aktivierte den GCN2/eIF2α/ATF4-Signalweg sowie die FGF21-Expression. Besonders sensitiv reagierten Threonin, Valin, Leucin und Lysin. Bemerkenswert war, dass diese Aktivierung von einer ausreichenden P-Verfügbarkeit abhängig war. Bei gleichzeitiger N- und P-Reduktion blieb die Signalwegaktivierung aus, was auf komplexe Interaktionen zwischen N- und P-Versorgung hinweist. Die Ergebnisse verdeutlichen die hohe Sensitivität des Signalwegs gegenüber Nährstoffrestriktionen und die Komplexität entsprechender Fütterungsstrategien beim Wiederkäuer.

Results:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37108315/

Funding: DFG, 225.065 EUR

Project Details:
Mycobacterium (M.) avium ist neben M. bovis die wohl bedeutendste mykobakterielle Spezies mit tiermedizinischer Relevanz. Taxonomisch ist sie in vier Subspezies eingeteilt: M. avium subsp. avium (MAA), M. avium subsp. silvaticum (MAS), M. avium subsp. paratuberculosis (MAP) und M. avium subsp. hominissuis (MAH). MAA, MAS und MAP sind obligate Tierpathogene. MAA und MAS verursachen die Geflügeltuberkulose bzw. Geflügeltuberkulose-ähnliche Veränderungen in Wildtauben. MAP ist der Erreger der Paratuberkulose der Wiederkäuer. Dagegen ist MAH ein Umweltkeim und opportunistischer Erreger von Infektionen vornehmlich des Schweins und Menschen, der aber auch sporadisch bei anderen Tierspezies gefunden wird. Relativ wenig weiß man über die Pathogenität und Wirtspräferenz der einzelnen M. avium Subspezies. Trotz ihrer hohen genetischen Identität unterscheiden sie sich bezüglich ihrer Genomgröße und des Genomaufbaus. Es wird vermutet, dass die Subspezies-spezifischen Gene und Genomabschnitte für Eigenschaften codieren, die zu Unterschieden in der Pathogenität und Wirtsanpassung beitragen.
Seit langem ist bekannt, dass MAA Stämme nach Infektion der Maus virulenter sind als MAH oder MAP Stämme. Eigene Untersuchungen zeigen, dass zur gesteigerten Virulenz von MAA eine nur bei MAA infizierten Mäusen vorkommende Bildung von MAA beherbergenden, Stickstoffmonoxid produzierenden, monozytären, myeloiden Suppressorzellen (mMDSC) beiträgt. Diese Zellen beeinflussen die Immunantwort der Maus und tragen zur Verschlechterung des Infektionsverlaufs bei. Im beantragten Projekt soll in einem systembiologischen Ansatz ermittelt werden, welche Eigenschaften von MAA zur Bildung von mMDSC und zum Überleben in mMDSC beitragen. Dies soll über die Analyse des in vivo Transkriptoms und Proteoms in der Maus, kombiniert mit Daten von Mausinfektionen, mit einer Transposonbank von MAA durchgeführt werden. Wir erwarten uns Erkenntnisse zu den Grundlagen der M. avium Pathogenität und Virulenz, die zur Vorbeugung, Erkennung oder Behandlung von M. avium Infektionen und auch anderer mykobakterieller Infektionen bei Tier und Mensch nutzbar wären.

Funding: DFG, 199.880 EUR

Project Details:
Proanthocyanidins are natural substances that have shorn to exhibit anthelmintic activity against various nematode species in vitro. However, it is unclear which molecular and cellular targets of the parasites are affected by proanthocyanidins. This question, as well as the effectiveness of the natural substances in parasitic infections, will be investigated in the current project.

Results:

François Ngnodandi Belga, F.N., Raulf, M.K., Spiegler, V., Liebau, E., Hensel, A. Strube, C., Ndjonka, D. (2024) In vivo anthelmintic activity of Combretum mucronatum Schumach & Thonn leaf extract against Haemonchus contortus in goats. Veterinary Parasitology 331, 110288

 

Belga, F.N., Waindok, P., Raulf, M.-K., Jato, J., Orman, E., Rehbein, S., Spiegler, V., Liebau, E., Hensel, A. Ndjonka, D., Strube, C. (2024) Phytochemical analysis and anthelmintic activity of Combretum mucronatum leaf extract against infective larvae of soil-transmitted helminths including ruminant gastrointestinal nematodes. Parasites & Vectors 17, 99

 

Jato, J., Waindok, P., Ngnodandi, F.N.B.F., Orman, E., Agyare, C., Bekoe E.O., Strube, C., Hensel, A., Liebau, E., Spiegler, V. (2023) Anthelmintic activities of extract and ellagitannins from Phyllanthus urinaria against Caenorhabditis elegans and zoonotic or animal parasitic nematodes. Planta Medica 89, 1215-1228

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Andreas Hensel, Universität Münster

Prof. Dr. Eva Liebau, Universität Münster

Prof. Dr. Christian Agyare, Kwame Nkrumah University of Science and Technology (KNUST), Ghana

Prof. Dr. Dieudonne Ndjonka, University of Ngaoundéré, Kamerun

Dr. Emilia Oppong Bekoe, University of Ghana, Ghana

Funding: Bundesministerium für Bildung und Forschung (Rahmenprogramm "Forschung für nachhaltige Entwicklungen" (FONA3)), 271.742 EUR

Project Details:
The aim of this project is to increase our understanding of the trophic ecology of marine mammals, their function within the North Sea food web as well as their ecosystem services.

Marine mammals are especially useful indicators to assess the state of our seas as they reflect changes in marine ecosystems on a large temporal and spatial scale. Being predators of higher trophic levels marine mammals are of ecological, economic and cultural importance. This is an essential baseline to improve management decisions in regard to marine resources and conservation.

The North Sea is currently undergoing a rapid change caused by substantial changes in environmental drivers and human impacts, including climate change. In the southern North Sea, oligotrophication and lower fishing pressure potentially reverse trophic controls. In order to gain a better understanding of the impacts of ongoing changes in food webs and biodiversity, BioWeb aims to analyse long-term datasets of marine mammals, together with other taxonomic groups, such as zooplankton, benthos and fish to integrate these groups into spatially high-resolution food web models of the EcoPath family.

Until now marine mammals have not been represented sufficiently in most ecosystem models. In order to close these knowledge gaps, ITAW will process long-term data sets on abundance and seasonal distribution of key marine mammals (i.e., harbour seal, grey seal and harbour porpoise) in the southern North Sea for integration into the food web model. Additionally, the present preferred prey spectrum needs to be determined since a realistic estimate of biomass consumption, and any change therein, needs to be assessed. ITAW will use complimentary methods to assess the diet of marine mammals, such as conventional stomach content analysis, stable isotope analysis and DNA metabarcoding. This approach will provide conclusions on predator - prey dynamics, trophic interactions and competition with fisheries. Therefore, multiple strategies regarding marine resources management can be evaluated and conservation decision making can be evolved.

Developed scenarios of biodiversity change and its consequences for food webs and the use of biological resources will be communicated to local and regional actors in North Sea coastal communities, including local fisheries, aquaculture, economy, tourism, politics and administration. A case study at ITAW will focus on the transfer of the ecological, economic and cultural value of marine mammals to local stakeholders. Moreover, it will highlight the polarizing discussion about the seal - fisheries conflict.

Results:

Foraging ecology of harbour porpoises, harbour seals and grey seals and their role in the food web of the southern North Sea

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:95-120630

Cooperation Partners:

Senckenberg am Meer (Koordinatorin BioWeb)

Thünen Institut für Seefischerei

Alfred Wegener Institut, Helmholtz Zentrum für Polar und Meeresforschung

Project Details:
Aus ökonomischer und ökologischer Sicht rückt neben dem N-Gehalt in den Wiederkäuer-Diäten auch der Gehalt an Phosphor (P) immer mehr in den Fokus. Neben der erwarteten Abnahme von verfügbaren Proteinfuttermitteln, ist die weltweite Ressourcenknappheit von P seit längerem be-kannt. Wiederkäuer sind aufgrund des ruminohepatischen Kreislaufs und des P-Recyclings in der Lage in Zeiten geringerer Angebote an N und P den N-Metabolismus wie auch die Phosphat (Pi)-Homöostase anzupassen und Wachstum bzw. Stoffwechsel aufrecht zu halten. Eine N-Reduktion führte zu deutlichen Veränderungen im Knochenstoffwechsel bei den wachsenden Ziegen. Eine P-Reduktion sorgte am Knochen u.a. für eine verminderte Ausschüttung des Fibroblasten Wachs-tumsfaktors 23 (FGF23). FGF23 gilt als ein neuer Regulator der Ca- und Pi-Homöostase wie auch des Vitamin D Stoffwechsels, in dem es u.a. die Expression von CYP27B1 und von NaPi IIa in der Niere reguliert. Es wird angenommen, dass eine P-Reduktion zu einer Hemmung der FGF23-Ausschüttung aus den Knochen bei wachsenden Ziegen führt und dadurch die renale Synthese von Calcitriol durch Stimulation der CYP27B1-Expression erhöht ist. Während eine N-Reduktion durch verminderte IGF1-Spiegel am Knochen die FGF23-Ausschüttung stimuliert und wie bekannt die CYP27B1-Expression und daraus resultierend die Calcitriol-Konzentration vermindert ist. Neben den niedrigeren IGF1-Spiegeln während einer N-Reduktion könnten somit auch erhöhte FGF23-Spiegel aus dem Knochen die renale CYP27B1-Expression modulieren. Ferner soll untersucht werden, ob die gezeigte CYP27B1-Abnahme während der N-Reduktion durch eine gleichzeitige N- und P-reduzierte Fütterung aufrecht erhalten bleibt, oder ob der postuliert stimulierende Effekt der P-Reduktion auf die CYP27B1-Expression der stärkere/dominierende ist. Die geplanten Untersuchun-gen sollen wesentlich zu einem besseren Verständnis möglicher Interaktionspartner zwischen be-stimmten Organen wie auch deren diätetische Regulierbarkeit durch N und/oder P bei wachsenden Wiederkäuern beitragen. Zudem liefern diese Stoffwechsel-Daten Informationen zur Beurteilung der Tiergesundheit, da es in naher Zukunft aufgrund von Ressourcenknappheit (Phosphor) bzw. abnehmenden Produktionsflächen für Futterproteine neue Anpassungen in der Tierernährung geben wird bzw. bereits gibt.

Results:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39402760/ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38799725/

Funding: Intervet Deutschland GmbH, 124.000 EUR

Project Details:
Tick-borne diseases are gaining importance in both human and veterinary medicine. In the course of climate change, a change in tick activity is to be expected and will be investigated in this project. In addition, tick exposure of dogs and cats will be investigated and the prevalence of various pathogens in the ticks collected will be determined.

Results:

Probst, J., Springer, A., Topp, A.-K., Bröker, M., Williams, H., Dautel, H., Kahl, O., Strube, C. (2023) Winter activity of questing ticks (Ixodes ricinus and Dermacentor reticulatus) in Germany − Evidence from quasi-natural tick plots, field studies and a tick submission study.  Ticks and Tick-Borne Diseases 14, 102225

 

Probst, J., Springer, A., Strube, C. (2023) Year-round tick exposure of dogs and cats in Germany and Austria - results from a tick collection study. Parasites & Vectors 16, 70