Research

Funding: Bundesministerium für Bildung und Forschung, 124.297 EUR

Project Details:
Das Gesamtziel des Vorhabens wird in der ebenfalls vorliegenden Verbundvorhabenbeschreibung von TBENAGER ausführlich dargestellt. In diesem Teilprojekt (TP6) soll das Infektionsmodell mit Zecken aus FSME Naturherden und Kontrollgebieten und verschiedenen FSME Virusisolaten etabliert werden. Das FSME Virus zirkuliert in der Natur in einem enzootische Übertragungszyklus zwischen Ixodes ricinus Zecken und verschiedenen Wirtstieren. Ixodes ricinus Zecken wie auch verschiedenen Wirtstieren sind Zentral-und Mitteleuropa nahezu flächendeckend verbreitet. Im Gegensatz dazu weißt die Verbreitung des FSME Virus gerade in Deutschland eine extrem fokale Herde auf. Zumeist wir das Virus in sehr begrenzenden Gebieten nachgewiesen wohingegen in umliegende Bereiche zwar Zecken jedoch kein FSME Virus gefunden wird. Daher stellt sich die Frage welche Faktoren die Verbreitung des FSME Virus begrenzen. Zur Beantwortung dieser Frage soll diesem Projekt ein Infektionsmodel erstellt werden welches Zecken aus verschiedenen FSME Naturherden und Rötelmäuse nutzt um die Interaktion von FSME Virusstämmen mit den jeweiligen Zeckenpopulationen unter Miteinbeziehung des natürlichen Reservoir Wirtes untersucht

Cooperation Partners:

PD Dr. Gerhard Dobler, Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, München;Dr. Merle Böhmer, Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, Oberschleißheim; Dr. Christiane Wagner-Wiening, Landesgesundheitsamt, Stuttgart; Dr. Wiebke Hellenbrand, Robert-Koch-Institut, Berlin; Prof. Ute Mackenstedt, Institut für Zoologie, Universität Hohenheim; Prof. Martin Pfeffer, Institut für Tierhygiene und Öffentliches Veterinärwesen, Leipzig; Prof. Ralph Kühn, Lehrstuhl Zoologie, Technische Universität München, Weihenstephan; Prof. Martin Beer, Institut für Virusdiagnostik, Insel Riems; Prof. Andrea Kröger, Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene, Magdeburg;

Funding: MWK, 4.000.000 EUR

Project Details:
Das im letzten Jahr neu entdeckte Coronavirus SARS-CoV-2 (Betacoronavirus, Coronavirdae) verursacht
aktuell eine globale Pandemie. Die Todesrate wird aufgrund aktueller Berechnungen zwischen 0,25 %
und 12% geschätzt (Wilson et al. 2020, Mizumoto et al. 2020). Bisher gibt es keine Prophylaxe oder
Therapie gegen die durch SARS-CoV-2 verursachte Erkrankung "COVID-19". Die Herkunft von SARS-CoV2 ist bisher unbekannt, allerdings werden Fledermäuse und Schuppentiere aktuell als Überträger
diskutiert (Tsan-Yuk Lam et al. 2020). Daher sind experimentelle Tiermodelle eine effiziente, sichere,
schnelle und somit unabdingbare Basis für die Entwicklung und Testung von präventiven und
therapeutischen Maßnahmen gegen SARS-CoV-2-Infektionen beim Menschen.
Frettchen gelten als geeignete Testmodelle für die Erforschung der Pathogenese und Entwicklung von
Impfstoffen gegen das 2003 entdeckte SARS-CoV-1. SARS-CoV-1 und -2 nutzen über das virale spike (S)
Protein den Wirtszellrezeptor ACE2 (Hoffmann et al. 2020), um Wirtszellen zu infizieren. Daher werden
Frettchen bereits für die Erforschung von SARS-CoV-2 eingesetzt (Callaway 2020). Phylogenetische
Analysen des ACE2 Rezeptors (Abb. 1, Anhang 1) zeigen, dass eine enge genetische Verwandtschaft
zwischen dem ACE2 Rezeptor von Menschen und Kaninchen vorliegt, und sich somit Frettchen und
insbesondere auch Kaninchen deutlich besser für die Forschung zum SARS-CoV-2 eignen als z.B. das
häufig eingesetzte Mausmodell. Zusätzlich werden Hamster als geeignetes Modell angesehen (Cohen,
2020). Darüber hinaus sind nicht-menschliche Primaten (NHP) für die Testung von Impfstoffen von
zentraler Bedeutung, da sie die Immunantwort des Menschen am besten widerspiegeln. Ausgewählte
Wirkstoffe und Impfstoffe, die sich als geeignet und sicher in den oben genannten Tiermodellen
erwiesen haben, sollen zur abschließenden Bewertung in NHP-Modellen getestet werden.
Beim Testen von Impfstoffkandidaten und Antikörperpräparaten in Humanstudien besteht wie bei
anderen Coronaviren das Risiko einer erhöhten Anfälligkeit für SARS-CoV-2-Infektionen, was bei einer
natürlichen Infektion zu einer schwerwiegenderen Erkrankung führt. Dies kann durch eine
antikörperabhängige Verstärkung, durch verzerrte Immunantworten (z.B. durch T-Zellen) oder durch
eine Kombination solcher Mechanismen verursacht werden. Hinweise für eine solche Verstärkung
wurden bereits für Impfstoffe gegen SARS und MERS erhalten und es muss sichergestellt werden, dass
eine vergleichbare Problematik nicht bei einem Impfstoff auftritt, der zur Bekämpfung der COVID-19-
Pandemie eingesetzt wird. Daher ist es von größter Bedeutung, Tiermodelle zu etablieren, die den normale und den therapeutisch
verbesserten Krankheitsverlauf von COVID-19 für eine optimale Risikominimierung nachbilden. Daher
sollen hier schnellstmöglich ab sofort experimentelle Testmodelle im Frettchen, Kaninchen und Hamster
in den BSL-3-Laboren und auch Tierstallungen am Research Center for Emerging Infections and Zoonoses
(RIZ), sowie mit nicht-menschliche Primaten (NHP) am Primatenzentrum in Göttingen etabliert werden,
um diese Modelle für die unmittelbare Testung von neuen antiviralen Strategien und
Impfstoffentwicklungen einzusetzen. Für die Durchführung dieser Tierversuche ist ein höchstmöglicher
Standard im Sinne des Tierschutzes und der Biosicherheit erforderlich. Die beteiligten Einrichtungen
verfügen über die fachliche Expertise und auch institutionelle Voraussetzung mit modernster
Gebäudetechnologien, um diesen Standards gerecht zu werden. Damit können diese Einrichtungen mit
der Etablierung dieser Tiermodelle eine Plattform für die regionale, aber auch nationale und
internationale Forschung liefern, um schnellstmöglich die Testung von Wirkstoffen und Impfstoffen
umzusetzen.

Funding: EU Kommission (Horizon 2020), 3.034.581 EUR

Funding: BMBF, 46.843 EUR

Project Details:
The aim of the project is to determine the genetic diversity of "tick-borne encephalitis virus" (TBEV; German:
Tick-borne encephalitis (TBE) virus) and the virus-specific T cell response
characterize. The hypothesis applies that TBEV-specific T cell responses with
different phenotypes and different protein specificity for protection or for
Neuropathogenesis of TBEV infections in humans and mice help to substantiate. the
detailed characterization of the T-cell immune response in humans and mice forms the basis for
future research on improved vaccines that more specifically stimulate the immune system and thus
could provide stronger and longer-lasting immunization protection.

Funding: Karl-Eibl-Stiftung (Form: Stipendium: 900?/Mo für Doktorand), 18.900 EUR

Project Details:
The aim of the first part of the dissertation project is to establish an innovative technology as a method of separating bull semen. The basis of this technology is the use of microfluidic chips. The second part of the project is to use this technology in genetically valuable breeding bulls whose ejaculates contain less than 70% forward-motility sperm. This technology could also be used to improve the quality of sex sorting of spermcells.

Results:

In this work we used samples with artificially induced damage for establishing protocols for flow cytometric analysis of sperm viability, as well as computer assisted analysis of sperm motility patterns. Moreover, we found that samples previously enriched with damaged sperm were especially useful for testing the effectiveness of different sperm selection procedures.

 

The major aim of this work was to evaluate how microfluidic chips perform in selecting high quality sperm, i.e., in comparison to other techniques such as swim-up and percoll density gradient centrifugation. In addition, we planned to test if sperm selected, using microfluidic chips exhibit better motility behavior, increased fertilization capacity in vitro, and wanted to evaluate the performance with the flow cytometric X/Y-sperm sorting.

 

Both, freshly diluted and cryopreserved sperm were tested also taking into account the variation among individuals. We determined that when using microfluidic sorting and swim-up methods, sperm recovery was low, however, sperm were of superior quality. Sperm recovery was higher after using percoll density gradient centrifugation, but this coincided with the presence of increased numbers of membrane damaged and motile sperm. In addition, the presence of a relatively high ratio of motile sperm in high quality sperm samples exhibited characteristic kinematic parameters including increased movement velocity and linearity; which was maintained when specimens were investigated in viscous media, mimicking oviductal fluid. In our hands, when compared with ordinary processing, remained that the increased sperm quality after microfluidic selection did not result an increased in vitro embryo production. Nonetheless, performing microfluidic sperm selection prior to flow cytometric sorting of X/Y-sperm appeared beneficial; since this improved initial sperm quality to required levels, reduced contents of debris and dead sperm during FACS sorting, and enabled to significantly improve sorting speed and the correctly oriented X-chromosome bearing sperm numbers in the population.

 

In conclusion, the use of microfluidic chips has great potential in reproductive medicine and veterinary assisted reproduction technologies. This is not only beneficial for any easier selection and enrichment of high quality sperm samples, which are more likely to fertilize an oocyte, but as a processing step, also for fulfilling the requirements needed for successful flow cytometric sorting of X/Y chromosome bearing sperm.

The use of microfluidic chips has great potential in reproductive medicine and veterinary assisted reproduction technologies. This is not only beneficial for any easier selection and enrichment of high quality sperm samples, which are more likely to fertilize an oocyte, but as a processing step, also for fulfilling the requirements needed for successful flow cytometric sorting of X/Y chromosome bearing sperm.

https://elib.tiho-hannover.de/receive/tiho_mods_00012249

Cooperation Partners:

Calisici, Oguz, Phytobiotics GmbH

Alkabes, Stephane, Masterrind GmbH Verden

Project Details:
The preventive effect of a prebiotic feed on the occurrence of tail biting in pigs is investigated. Situations in which tail biting occurs are characterized in terms of clinical signs, colostrum supply in the preceding phase of life, and concentration of inflammatory and stress parameters in blood and saliva in the rearing phase. The aim of the study is to clarify whether improved intestinal health through feeding prebiotics has a preventive effect against tail biting and whether the sum of all negative influencing factors including stress experienced since birth, which may be reflected in laboratory diagnostic parameters (acute phase proteins, stress markers), lead to the occurrence of tail biting after a so far undefined threshold has been exceeded.

Cooperation Partners:

Jakob Aundrup, Schweinegesundheitsdienst der Landwirtschaftskammer Niedersachsen

Project Details:
Holding and managing pigs currently faces diverse adjustments regarding animal welfare, castration, tail docking and housing in crate stands. Farmers discuss this in different blogs and expert forms in the internet. In this study expert opinion in the internet are assessed to evaluate the experts? knowledge regarding the themes named aboved. Citations shall be compared with current evidence base scientific knowledge. Differences shall be described and discussed in order to developed tight-fit training and education.

Project Details:
Comparison of different methods for typing of App

Cooperation Partners:

Henning Lindhaus

Project Details:
The persistence of Actinobacillus pleuropneumoniae (App) on the tonsils facilitates the spread of the pathogen in pig populations. Microbiological-cultural detection of the pathogen from tonsils has proven to be difficult because the diverse commensal colonization by other bacteria (e.g., Streptococcus suis) often overgrows App during culturing. The use of selective media leads to higher sensitivity of bacteriological diagnostics, but nevertheless, the success rate compared to molecular biological tests (PCR) is not satisfactory.
In most cases, acute outbreaks of porcine pleuropneumonia occur in persistently infected pigs under the influence of trigger factors. In vitro, the influence of stress hormones, such as cortisol and catecholamines on the growth behavior of the pathogen will be investigated. Possibly, catecholamines and cortisol can be used under in vitro conditions to improve the growth behavior of A. pleuropneumoniae.

Funding: BMBF-DLR, 368.953 EUR

Project Details:
Humane Q-Fieber Erkrankungen werden durch das Bakterium Coxiella burnetii hervorgerufen. In Deutschland gehen Infektionen beim Menschen meist von infizierten Schafen während der Lammzeit aus. Betroffene Tiere scheiden bei der Geburt große Mengen an Coxiellen mit dem Fruchtwasser und der Nachgeburt aus. Durch das Einatmen erregerhaltiger Tröpfchen oder Stäube können sich auch Menschen infizieren, selbst wenn sie keinen direkten Kontakt mit den Tieren haben. Infizierte Schafe sind häufig symptomlos, bei Rind und Ziege kann die Infektion zu Aborten und Reproduktionsstörungen führen. An Q-Fieber erkrankte Personen leiden unter Fieber, Kopfschmerzen und anderen unspezifischen Symptomen. Im weiteren Verlauf kann es zu einer Lungenentzündung und in seltenen Fällen sogar zu einer Herzmuskelentzündung kommen. Bundesweit treten immer wieder örtlich begrenzte Epidemien auf.
Im Rahmen des Q-GAPS-Zoonoseverbundes werden im Teilprojekt (TP) 1 epidemiologische Studien zur Verbreitung von Coxiella burnetii in Herden kleiner Wiederkäuer durchgeführt. Scheiden- und Vorhauttupfer von Schafen und Ziegen werden mittels PCR auf erregerspezifische Gensequenzen untersucht. Diese molekularbiologische Methode identifiziert das Bakterium, bzw. Teile des Bakteriums und gibt auch Hinweise auf die Intensität der Erregerausscheidung. Parallel dazu werden auch Blutproben dieser Tiere auf Antikörper gegen Coxiella burnetii getestet. Weitere Studien beschäftigen sich mit der Ausscheidung des Erregers in milchproduzierenden Schaf- und Ziegenherden (Longitudinalstudie), den wirtschaftlichen Auswirkungen einer Coxiellen-Infektion speziell in Schafherden (Kohortenstudie) und den Effekten einer Impfung auf die Reproduktionsleistung sowie die Erregerausscheidung (Interventionsstudie) in betroffenen Herden.
Im TP 2 wird ein konzeptionelles Design für ein aktives Monitoring- und Surveillance-System (MOSS) zur Detektion und Charakterisierung von C. burnetii in Herden kleiner Wiederkäuer in Deutschland erstellt und die beste Kombination von Detektionsmethoden und Probenmatrizes für C. burnetii in Herden kleiner Wiederkäuer in Deutschland identifiziert. Außerdem werden die Anwendbarkeit eines angepassten latenten Klasse-Regressionsmodells auf diagnostische Testergebnisse von multiplen Matrizes sowie die Anwendbarkeit eines angepassten latenten Transitionsmodells auf die perpetuierte Ausscheidung von C. burnetii in Herden kleiner Wiederkäuer evaluiert. Des Weiteren wird eine Stakeholderanalyse zu den Bedürfnissen und Erwartungen von Human- und Veterinärmedizinern zu Informationen über C. burnetii durchgeführt. Gemeinsam mit Projektpartnern aus Q-GAPS werden das Risiko für das chronische Müdigkeitssyndrom nach einem Q-Fieberausbruch in der menschlichen Bevölkerung analysiert und eine Blaupause zur übergreifenden sekundären Analyse von Meldedaten von Ausbrüchen in Tierpopulationen und der menschlichen Bevölkerung erstellt.

Results:

https://q-gaps.de

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Martin Runge, Lebensmittel- und Veterinärinstiut in Hannover (LAVES) (TP1);

PD Dr. Katja Mertens-Scholz, Friedrich-Loeffler-Institut (FLI), Institut für bakterielle Infektionen und Zoonosen (IBIZ), Nationales Referenzlabor für Q-Fieber (TP3);

Dr. Katharina Sabotta, Universitätsklinikum Jena, Institut für Medizinische Mikrobiologie (TP4);

PD Dr. Dimitrios Frangoulidis, Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr (TP5);

PD Dr. Michael R. Knittler, FLI, Institut für Immunologie (TP6);

Dr. rer. nat. Christian Berens, FLI, Institut für molekulare Pathogenese (TP6);

PD. Dr. rer. nat. Anja Lührmann, Universitätsklinikum Erlangen, Institut für Klinische Mikrobiologie Immunologie und Hygiene (TP7, Verbundkoordination);

Prof. Dr. Silke Fischer, Regierungspräsidium Stuttgart, Abt. 9 Landesgesundheitsamt

Referatsleitung 93, Allgemeine Hygiene und Infektionsschutz und Konsilliarlabor Coxiella burnetii (TP8);