Research

Funding: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Projektträger DLR, 217.069 EUR

Project Details:
In den letzten Jahren wurden neben Arboviren, die eine ernsthafte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit darstellen, eng verwandte Viren aus der gleichen Virusfamilie beschrieben, welche durch ihre Insektenspezifität als nicht-humanpathogen oder wirbeltierpathogen angesehen werden. Diese Apathogenität gegenüber Mensch und Wirbeltier macht die insektenspezifischen Viren zu einem interessanten Modell für Arboviren, deren Evolution und Wechselwirkung mit Vektoren. Insektenviren haben weiterhin das Potential Arbovirus-Übertragungen zu hemmen und so direkt zu einer Verbesserung der öffentlichen Gesundheit beizutragen. In dieser Studie soll eine interdisziplinäre Herangehensweise, bestehend aus virologischer, verhaltensbiologischer und ökologischer Sicht, einen Fortschritt in der Vektorkontrolle erzielen. Hierbei soll die Interaktion von Culex pipiens molestus Mücken mit Insektenviren und insektiziden Wirkstoffen näher erforscht und die Anwendbarkeit einer solchen trilateralen Interaktion in der integrierten Stechmückenbekämpfung untersucht werden.

Results:

Heinig-Hartberger, M.; Hellhammer, F.; Zöller, D.D.J.A.; Dornbusch, S.; Bergmann, S.; Vocadlova, K.; Junglen, S.; Stern, M.; Lee, K.-Z.; Becker, S.C. (2023) Culex Y Virus: A Native Virus of Culex Species Characterized In Vivo. Viruses 15: 235. https://doi.org/10.3390/v15010235

https://doi.org/10.3390/v15010235

Cooperation Partners:

Dr. Kwang-Zin Lee, Frauenhofer IME

Funding: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), 145.203 EUR

Project Details:
Eine große Herausforderung für die heimische Tierproduktion ist eine immer weitergehende Reduktion der damit einhergehenden unerwünschten Umwelteffekte. Diese gilt insbesondere bezüglich des P-Eintrags durch Düngung / Gülle in die natürliche Umwelt und der daraus resultierenden potenziellen Eutrophierung der Grund- und Oberflächenwässer. Deshalb ist bei der Nutztierfütterung eine gerade noch bedarfsdeckende P-Versorgung anzustreben, da jeder P-Überschuss im Tierfutter über die Gülle in die natürliche Umwelt eingetragen wird. Vor diesem Hintergrund stellt ein bedarfsgerechter P-Gehalt in einem bestimmten Futtermittel ein neues "Qualitätsmerkmal" dar, auf das hin die heute angebotenen Mischfutter optimiert werden.
Für eine entsprechende P-Optimierung im Tierfutter durch eine P-Abtrennung und/oder Umwandlung in tierverfügbare P-Formen wird hier exemplarisch die Kleie als ein "klassisches" Futtermittel (1,5 Mt/a in Deutschland) untersucht. Dazu sollen mithilfe unterschiedlicher biokatalytischer und/oder mechanisch-chemischer Verfahren technisch darstellbare Prozesse für die Futtermittel-Konditionierung entwickelt und diese im Rahmen integrierter Bioraffinerie-Gesamtkonzepte technisch sowie ökonomisch und ökologisch bewertet werden.

Cooperation Partners:

Institut für Technische Biokatalyse der TUHH,

Institut für Biotechnologie der RWTH,

sowie mehrere assoziierte Partner aus der Industrie

Funding: DFG STE 1428/5-2, 191.719 EUR

Project Details:
Arboviruses are transmitted between vertebrate host and arthropod vectors. Many of these viruses cause neurological defects or abortions in mammalian hosts. However, infection phenotypes in insects are not well characterized. The insect immune response to these arthropod-borne (arbo) viruses is key to keep infected insects sufficiently healthy to enable host finding and production of offspring, two of the major influencing factors for virus transmission. The insects' immune system relies mainly on antiviral RNA interference to combat a larger variety of different viral pathogens. This RNAi mechanism is initiated by the recognition and cleavage of double-stranded (ds) RNA by the RNAseIII enzyme Dicer-2 (Dcr-2) which then leads to degradation of intruding viral genomes by the RNA-induced silencing complex (RISC) including the Argonaute 2 (Ago2) protein. Furthermore, piRNA pathways are active in the germline cells to protect genomes form massive disruption through movement of transposable elements. In the past years, also piRNAs originating from arbovirus genomes were described raising the question of their role in insect’s immune responses. Pi and siRNA responses in germline tissues are of special interest in arbovirus infection since many of those viruses are transmitted vertically within a mosquito population. Especially viruses of the order Bunyavirales are efficiently transmitted through the germline to mosquito offspring without affecting the health of mosquito offspring. In contrast, the transmission of bunyaviruses to the offspring of mammals leads to severe abnormality in fetus development and often results in abortion. This raises the question how insects keep the delicate balance of allowing viral replication and the protection of offspring health to allow transovarial transmission. Furthermore, pathogen infection in mosquitoes can induce behavioral changes; for example Aedes triseriatus mosquitoes infected with La Crosse virus (Bunyaviridae) show a higher probing frequency than uninfected siblings and Zika virus (Flaviviridae) infection on neuronal cells increases neuronal activity in Aedes aegypti. These observations raise the question: By which mechanisms do arboviruses affect neuron function in insects (direct damage to neurons by infection or indirect damage by immune pathway activation).To tackle both questions, we will use the infection models for Rift valley fever virus (Bunyaviridae, RVFV) in the model insect Drosophila melanogaster and measure virus growth in different tissues, immune reaction in germlines and neuronal tissues and behavior in infected individuals by a different behavioral assays and electroantennograms. The proposed studies will help us to analyze adaptive changes in insects host seeking behavior and the underlying molecular mechanisms as well as the role of antiviral pathways in infection of germline cells.

Results:

Bergmann S, Gerhards JP, Schmitz A, Becker SC, Stern M (2021) NO synthesis in immune-challenged locust hemocytes and potential signaling to the CNS. Insects 12(10) 951. https://doi.org/10.3390/insects12100951

 

Bergmann S, Bohn MC, Dornbusch S, Becker SC, Stern M (2023) Influence of RVFV infection on olfactory perception and behavior in Drosophila melanogaster. Pathogens 12: 558. https://doi.org/10.3390/pathogens12040558

 

Bergmann S, Graf E, Hoffmann P, Becker SC, Stern M (2024) Localization of nitric oxide producing hemocytes in Aedes and Culex mosquitoes infected with bacteria. Cell Tissue Res 395: 313-326. https://doi.org/10.1007/s00441-024-03862-1

 

Dornbusch S, Reuter M, Parry RH, Stern M, Becker SC, Schnettler E (2024) Dicer 2 mutations in Aedes aegypti cells lead to a diminished antiviral function against Rift Valley Fever virus and Bunyamwera virus infection. J Gen Virol 105: 002046. doi.org/10.1099/jgv.0.002046

https://doi.org/10.3390/pathogens12040558

Project Details:
Several studies, including those of our research groups, have shown that certain inflammatory mediators including neutrophil extracellular traps (NETs) and DNase activity may be of relevance during and after stroke. Therefore, we analyse human cohorts to identify new insights in this research topic.

Results:

Grosse GM, Blume N, Abu-Fares O, Götz F, Ernst J, Leotescu A, Gabriel MM, van Gemmeren T, Worthmann H, Lichtinghagen R, Imker R, Falk CS, Weissenborn K, Schuppner R, de Buhr N. 2022. Endogenous Deoxyribonuclease Activity and Cell-Free Deoxyribonucleic Acid in Acute Ischemic Stroke: A Cohort Study. Stroke 53.

Cooperation Partners:

Cerebrovascular Research Group (Head: Prof. Dr. Karin Weissenborn), Dept. of Neurology, MHH: Dr. Ramona Schuppner & Dr. Gerrit M. Grosse, Dr. Maria Gabriel, PD Dr. Hans Worthmann

Project Details:
Gliedmaßenfrakturen stellen einen Großteil der orthopädischen Erkrankungen bei Kaninchen dar. Die Arbeit soll die verschiedenen Frakturtypen- und lokalisationen vergleichend analysieren und die Diagnostikverfahren untersuchen. Weiterhin sollen die Spätfolgen der Frakturpatienten systematisch, sowohl klinisch als auch mit bildgebenden Verfahren, untersucht werden um Rückschlüsse auf gewählte Therapieoptionen ziehen zu können.

Cooperation Partners:

Multicenterstudie, FU Berlin, Vetsuisse Uni Zurich

Funding: DFG, 329.905 EUR

Project Details:
The VIPER research and training program will cover the global chain of events involved in virus emergence, all the way from virus discovery, isolation, molecular characterization, surveillance, and pathogenesis, towards animal and public health impact and intervention strategies including new approaches for prevention and control.

The VIPER research projects are subdivided into three pillars:

virus discovery, host range and transmission
virus-host cell interactions and pathogenesis, and
immune interference and intervention strategies.

Funding: Europäische Union, 291.966 EUR

Project Details:
Im Zuge der Globalisierung etablieren sich Arten zunehmend außerhalb ihres ursprünglichen Verbreitungsgebiets. Solche Arten werden als invasiv bezeichnet, wenn sie in ihren neuen Habitaten die Biodiversität bedrohen oder wirtschaftlichen Schaden anrichten. In der EU-Verordnung Nr. 1143/2014 zu gebietsfremden invasiven Arten wurden Maßnahmen zur Prävention von Einbringung und zum Management von bereits etablierten Arten festgelegt und 2017 im Bundesnaturschutzgesetz umgesetzt. Auf einer Unionsliste werden invasive Arten von EU-weiter Bedeutung geführt: unter anderem Nutria (Myocastor coypus) und Bisam (Ondatra zibethicus). Beide Arten sind semiaquatische Säugetiere, die ursprünglich aus Süd- bzw. Nordamerika stammen und sich in Europa durch Auswilderungen im 20. Jahrhundert ansiedeln konnten. Die Tiere sind in ganz Deutschland etabliert und verbreiten sich zunehmend auch in den Niederlanden und Belgien. Sie graben Erdbauten an Ufern pflanzenreicher Gewässer und fressen Ufervegetation, Feldfrüchte oder auch Muscheln. Ihre Schadwirkung kann seltene Tier- und Pflanzenarten, Wasserbauanlagen und landwirtschaftliche Nutzflächen betreffen.
Mit dem Projekt Life-MICA (Management of Invasive Coypu and MuskrAt in Europe) haben sich Institutionen aus Deutschland, Belgien und den Niederlanden in einem Projekt des EU-Life-Programms zusammengeschlossen, um grenzübergreifende Managementstrategien für Nutria und Bisam zu entwickeln und innovative Methoden zur Populationskontrolle zu testen (Projektlaufzeit 2019 bis 2023). Auf deutscher Seite sind das Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover und die Landwirtschaftskammer Niedersachsen beteiligt. In mehreren Projektgebieten in den drei teilnehmenden Ländern werden Gewässerproben auf das Vorhandensein von DNA-Material von Nutria und Bisam untersucht (environmental-DNA) und Kamerafallen aufgestellt, die Aufnahmen der beiden Arten selektieren, um eine Besiedlung möglichst frühzeitig zu erkennen. Durch genetische Untersuchungen von gefangenen Tieren und Bestimmung von Verwandtschaftsverhältnissen zwischen Populationen soll außerdem die Identifikation von Zuwanderungsrouten gelingen. Darüber hinaus werden in den Projektgebieten Lebendfallen getestet, die nur bei den Zieltierarten Nutria und Bisam schließen und dadurch Beifänge geschützter Tierarten wie Biber und Fischotter verhindern. Zusätzlich vernetzt sich Life-MICA mit anderen Initiativen auf dem Gebiet der invasiven Arten und schafft durch Öffentlichkeitsarbeit ein Bewusstsein für die Problematik. Dadurch ermöglicht es die Basis für ein langfristig erfolgreiches Konzept zum Populationsmanagement für Nutria und Bisam in Europa.

Results:

Cartuyvels E, Huysentruyt F, Brosens D, et al. Dataflows in support of cross-border management of muskrat (Ondatra zibethicus) and coypu (Myocastor coypus): the LIFE MICA approach. Management of biological invasions. 2024;15(3):455-470.

https://doi.org/10.3391/mbi.2024.15.3.09

Cooperation Partners:

Waterschap Revierenland

Funding: DFG, 265.456 EUR

Project Details:
Charakterisierung ausgewählter Viren, die in Wildreservoirs identifiziert wurden, Bewertung ihres Risikos für Haustiere und Menschen.

Funding: DFG, 256.546 EUR

Project Details:
Identifizierung und Charakterisierung neuartiger Vogel-Metapneumoviren von Wildvögeln, die eine Bedrohung für Hausgeflügel und Säugetiere darstellen.

Funding: DFG, 335.000 EUR

Project Details:
The equine recurrent uveitis (ERU) is the most important eye disease in horses, but the exact pathogenesis is still not fully understood. Furthermore, the recurrent uveitis is also found in human as well as almost all domesticated animals. Since autoreactive antibodies are detectedable in diseased horses, the classical ERU is considered as an autoimmune disease. The classical form of ERU is characterized by an acute serofibrinous and plasmacellular inflammation of the ciliary body, iris, choroidea and other eye structures. The disease often results into a chronic form by recurring intervallic relapses. The impulses lead to a progressive destruction of intraocular structures and finally lead to blindness.
Besides autoimmune processes, Leptospira infections are discussed to contribute to ERU in humans, horses, dogs and cattle. In over 60% of ERU-diseased horses Leptospira interrogans has been detected in the VBF using PCR or microscopic agglutination test (MAT). Additionally, the microbiological culture of Leptospira interrogans from VBF has been proven in further studies. Nevertheless, the role of the pathogen in the pathogenesis of ERU is still controversially discussed. Since the eye is protected via special barriers as one of the immune-privileged compartments in the body, the immigration of protective immune cells into the eye is highly regulated. A damage of the blood retina barrier is a typical pathological feature of ERU and often leads to a large number of migrating immune cells into the eye. The question arises whether the barrier is disrupted by infectious agents such as Leptospira, or whether the infection is a consequence of the immune-mediated pathogenesis of the ERU. These questions have not been fully clarified yet. However, irrespective of the Leptospira detection in ERU-diseased horses, the pathogenesis of ERU seems to be a highly complex altered immune reaction of the eye. Interestingly, in some populations an accumulation of different leukocyte populations as granulocytes can also be found in ERU patients, which have been histologically detected in the retina. However, especially the role of neutrophil granulocytes in ERU is still unclear and the focus of this project.

Results:

Neutrophil Extracellular Traps in the Pathogenesis of Equine Recurrent Uveitis (ERU).

Fingerhut L, Ohnesorge B, von Borstel M, Schumski A, Strutzberg-Minder K, Mörgelin M, Deeg CA, Haagsman HP, Beineke A, von Köckritz-Blickwede M, de Buhr N.

Cells. 2019 Nov 27;8(12). pii: E1528. doi: 10.3390/cells8121528.

 

Fingerhut L, Dolz G, de Buhr N. 2020. What Is the Evolutionary Fingerprint in Neutrophil Granulocytes? Int J Mol Sci 21:1-37.

 

Fingerhut L, Yücel L, Struzberg-Minder K, von Köckritz-Blickwede M, Ohnesorge B, de Buhr N. 2022. Ex Vivo and In Vitro Analysis Identify a Detrimental Impact of Neutrophil Extracellular Traps on Eye Structures in Equine Recurrent Uveitis. Front Immunol 13:1-20.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Cornelia Deeg, Philipps Universität Marburg, FB Medizin, Experimentelle Ophthalmologie, Marburg

Prof. Dr. Andreas Beineke, Institute for Pathology, TiHo

Dr. Katrin Strutzberg-Minder, IVD, Hannover, Germany

Prof. Dr. Henk Haagsman, Department of Infectious Diseases & Immunology, Division Molecular Host Defence, Faculty of Veterinary Medicine, Utrecht University, Netherlands