Research

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: 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

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

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

Funding: Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe des BMEL , 149.623 EUR

Project Details:
Weltweit fallen rohfaserreiche landwirtschaftliche Rückstände im Überfluss an, von denen ein Großteil - insbesondere in den Schwellenländern- direkt auf dem Feld verbrannt werden und eine erhebliche Luftverschmutzung verursacht. Auch in Europa ist ein solches Biomassepotential vorhanden, woraus durch geeignete technische Lösungen Biogas als regenerative Energie erzeugt werden könnte. Das innovative "DAUMEN"-Verfahren bietet durch die bionische Implementierung des Vormagensystems der Wiederkäuer
und die Nutzung der effizienten Pansenmikrobiologie eine solche effektive und wirtschaftliche technische Lösung. Mit dem Projekt DAUMEN 3.0 erfolgt durch das Institut für Siedlungsabfälle und Abwasserwirtschaft und das Institut für Physiologie und Zellbiologie die Praxisumsetzung und
Integration des Verfahrens in eine Biogasanlage. Mit dem eingesetzten Hochlast-Reaktor für Hydrolyse und Versäuerung (HRHV) wird die hohe Raum-Zeit-Ausbeute des Pansens nachgebildet. Durch eine etablierte Pansenflora ist der Reaktor geeignet, schwer abbaubare Reststoffe effizient aufzuschließen und kurzkettige Fettsäuren zu produzieren. Diese werden der BGA als ergiebiges
Substrat zugeleitet.
Im Teilvorhaben 2 wird durch das Institut für Physiologie und Zellbiologie eine mikrobiologische Bewertung der Anlage durchgeführt. Hierbei soll zum einen die Stabilität der aus Panseninhalt stammenden mikrobiellen Gemeinschaft im HRHV-Reaktors bei Einsatz unterschiedlicher Substrate untersucht werden, zum anderen soll überprüft werden ob durch den Einbau des HRHV-Reaktors Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft der Biogasanlage auftreten. Darüberhinaus wird die Syntheseleistung der Mikroorganismen im HRHV-Reaktor in Relation zum Substrat und zur Substratmenge quantifiziert. Um einen potentiellen Eintrag von pathogenen Mikroorganismen über den HRHV-Reaktor in die Biogasanlage auszuschließen, wird mittels bakteriologischer Untersuchungen das Vorhandensein potentieller Krankheitserregern erfasst.

Results:

https://oa.tib.eu/renate/handle/123456789/27333

Cooperation Partners:

Institut für Siedlungsabfälle und Abwasserwirtschaft, Leibniz Universität Hannover

Funding: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 608.127 EUR

Project Details:
Im Sinne des One-Health Gedankens ist es notwendig die Salmonellenprävalenz in der Schweineproduktion zu senken. Mit ihrem zoonotischen Potenzial ist die Salmonelle für eine Vielzahl von gastroenteralen Erkrankungen des Menschen verantwortlich, wobei sie beim Tier nur subklinisch in Erscheinung tritt und aus diesem Grund oft unentdeckt bleibt. Das Ferkel stellt bislang die Haupteintragsquelle in den Maststall dar. Daher ist in den vorgelagerten Produktionsbereichen einiges an Bemühungen notwendig, um schon ein Salmonellen-unbelastetes Ferkel einzustallen zu können.
Ziel des Projektes ist es, mit einem Roggen-basierten Mischfutterkonzept eine Möglichkeit zur Verfügung zu haben, um das Salmonellenvorkommen in Sauenbeständen zu reduzieren. Es soll einfach, kosteneffizient, regional umsetzbar und tiergesundheitsfördernd sein. Mit der PollenPlus ® Technologie von KWS ist das Mutterkorn-Risiko des Roggens unter Kontrolle, sodass auch bei Verfütterung für die Sau keine gesundheitlichen Bedenken bestehen. Der Roggen enthält mehr als andere Getreidearten Inhaltsstoffe, die im Darm zu Buttersäure fermentiert werden. Dieses von den Darm-Mikroben synthetisiertes Produkt ist ein wesentliches Agens, welches eine Reduktion von Salmonellen im Schweinedarm erreichen kann. Dieses Konzept soll zur Salmonellenreduktion in der Ferkelproduktion führen - von der Jungsau bis hin zum verkaufsfähigen Läuferschwein.

Cooperation Partners:

KWS Lochow GmbH, Technische Universität Hamburg

Funding: Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein, Tönning, 39.689 EUR

Project Details:
The Institute for Terrestrial and Aquatic Wildlife Research (ITAW) of the University of Veterinary Medicine Hannover, Foundation, is unique throughout Europe and the world in certain areas with its locally conducted research. Scientific research focuses on investigation of health (e.g. infectious diseases and zoonoses), behaviour, habitat utilisation (e.g. by telemetry and acoustic monitoring), population trends (e.g. by flight surveys) as well as anthropogenic impacts on marine mammals. The generation and maintenance of marine mammal databases on national and international level is an important focus of work, likewise the statistical evaluation with subsequent modelling in order to answer current research questions.
Investigations of dead and alive marine mammals are performed within the framework of research projects and monitoring programs and a direct contact is maintained with the stranding network and seal rangers. The quality of the marine mammal registration forms developed by the ITAW, supplied by the seal rangers with each animal, can be verified and refined on the basis of necropsies of these collected marine mammals. Every registration form of marine mammals found at the coasts of Schleswig-Holstein completed by the seal rangers will be digitalised and transferred into a database in the context of this project. These data will be pooled annually and analysed in order to assess trends of strandings for the three native marine mammal species as well as to evaluate potential causes. Furthermore, these data will be blended regularly with data of animals investigated at the ITAW. This facilitates a more comprehensive and more objective assessment of the native marine mammal population status. On that point, more complex scientific evaluations can be conducted than before and the gained results can be used directly by responsible authorities for the advancement of existing management plans.

Results:

Bericht: Totfundmonitoring von Kleinwalen und Kegelrobben

in Schleswig-Holstein im Jahr 2024

https://www.schleswig-holstein.de/DE/fachinhalte/A/artenschutz/Downloads/meeressaeugerfunde2024.pdf?__blob=publicationFile&v=2

Funding: Europäische Kommission, 252.788 EUR

Project Details:
Spinal Muscular Atrophy (SMA) is a monogenic motoneuron disease with a neuromuscular phenotype resulting in infant death in severe cases. Besides motoneurons in the central nervous system (CNS), there is growing evidence of an involvement of peripheral organs. SMA is caused by reduced Survival of Motoneuron (SMN) protein levels and SMN is ubiquitously expressed. Therefore, SMA patients show reduced SMN levels also in peripheral organs. A restoration of SMN levels in the CNS is a potent therapeutic strategy which led to the approval of two different compounds: Spinraza is an antisense oligonucleotide which increases SMN mRNA, Zolgensma is an adeno-associated virus increasing expression of SMN. However, both strategies focus on the restoration of CNS SMN levels without a sustainable effect on peripheral organs. In 2020, approval of a third drug, Risdiplam, a systemic SMN enhancer, is expected. Although patients greatly benefit from a treatment of the neuromuscular phenotype they face a precarious future: there is no comprehensive landscape of vulnerable organs and no approved treatment for the periphery. We will analyze intrinsic defects in peripheral organs (WP1), evaluate the organ specific molecular and cellular functions of the SMN protein in relevant organs (WP2), and translate these findings to SMA patient derived models, which we will treat with a systemic SMA drug currently under clinical evaluation (WP3). The SMA field involves stakeholders, which allow early stage researchers to personally interact with basic scientists, clinicians, pharmaceutical companies and patient organizations. For our training network, we will combine this vertical integration with a broad perspective on multiple organ systems in SMA. The training strategy assures career options and employability of early stage researchers beyond the SMA field. We will go beyond the motoneuron and identify organs, mechanisms and molecules that could be targets for the peripheral aspects of SMA.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Peter Claus (Medizinische Hochschule Hannover)

Funding: EU, 1.709.375 EUR

Project Details:
Improved Vaccination Strategies for older Adults