Overview of research projects

Funding: Schaumann-Stiftung (Stipendium an Melissa Langer), 40.000 EUR

Project Details:
Durch die Entwicklung der antimikrobiellen Therapie konnte die Morbidität und Mortalität von Infektionskrankheiten erheblich reduziert werden. Allerdings hat die Entstehung von resistenten Mikroorganismen jetzt epidemische Ausmaße erreicht und stellt große Herausforderungen an die Human- und Veterinärmedizin. Für jedes derzeit verfügbare Antibiotikum haben potentielle Pathogene Resistenzen entwickelt. Beunruhigend ist dabei, dass in mehreren wichtigen Gram-positiven Bakterienarten wie Staphylococcus (S.) aureus, die Resistenzen zu einem Therapieversagen bei der Verwendung von Standardantibiotika führt. Neue Stämme des Methicillin-resistenten S. aureus (MRSA) verursachen schwere zoonotische Infektionen und können vom Tier auf den Menschen oder umgekehrt übertragen werden. Weiterhin sind subklinische S. aureus Mastitiden sehr häufig ein Problem in der Praxis. Innovative Ansätze zur Behandlung werden dringend benötigt. Ein alternativer Ansatz für die Behandlung von schweren Infektionen, ist die pharmakologische Verstärkung der antimikrobiellen Fähigkeiten von phagozytischen Immunzellen und eine dadurch resultierende Stärkung des Wirtsimmunsystems. Das Ziel dieser Studie ist es zu erforschen welche Wirkung bovine Cathelicidine gegen bovine bakterielle Mastitiserreger haben. Dabei soll zum einen untersucht werden, über welche antimikrobielle Wirkung bovine Cathelicidine selbst verfügen und inwieweit sie Phagozyten in ihrer Immunabwehr stärken. Letztlich sollen in einem Zellkultursystem der Blut-Euterschranke Wirkungen für spätere Applikationen erforscht werden.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Stefan Schwarz, Institut für Nutztiergenetik, Friedrich-Loeffler-Institut, Höltystr. 10, 31535 Neustadt-Mariensee, Email: stefan.schwarz@fli.bund.de

Kooperationspartner 2

Prof. Dr. Thomas Gutsmann, Forschungszentrum Borstel, Parkallee 1-40, 23845 Borstel, Email: tgutsmann@fz-borstel.de

Kooperationspartner 3

Prof. Dr. Martina Hoedemaker, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Klinik für Rinder, Bischofsholer Damm 15, 30173 Hannover, Email: Martina.Hoedemaker@tiho-hannover.de

Kooperationspartner 4

Dr. Amanda Gibson & Prof. Dr. Dirk Werling, Pathology und Pathogen Biologie, Arbeitsgruppe Wirts-Erreger-Interaktion und Vakzinologie, The Royal Veterinary College Hawkshead, University of London, United Kingdom, Email: ajgibson@rvc.ac.uk und dwerling@rvc.ac.uk

Kooperationspartner 5

Matthias Mörgelin, PhD. , Department of Clinical Sciences, Division of Infection Medicine, Biomedical Center (BMC), Lund University, E-mail: matthias.morgelin@med.lu.se

Project Details:
Until now only little is known about the impact of physiological oxygen conditions (physioxia) on the viability, differentiation process, and the antimicrobial activity of immune cells like mast cells (MCs). MCs are important innate immune cells mediating immune cell recruitment and antimicrobial defense. They originate from hematopoietic precursors and specifically differentiate to mature and functional MCs in the destination tissue such as skin, mucosa and intestine. To differentiate MCs and to study their immune cell function, atmospheric oxygen conditions (20-21% O2) are traditionally used in cell culture although the physiological oxygen conditions in vivo in tissues are significant lower. This study aims to characterize the differentiation of immature murine bone marrow-derived MCs under physiological oxygen conditions (7% O2; 53 mmHg). Therefore, bone marrow derived suspension cells were cultured in the presence of IL-3 for 39 days with continuous, non-invasive determination of the oxygen level using a Fibox4-PSt3 measurement system without technique-dependent oxygen consumption. Cellular viability and differentiation status were monitored with cell specific surface marker using flow cytometry. The impact of physioxia on the maturation of MCs was ascertained by investigating histamine level with high performance liquid chromatography and quantifying the expression of the transcription factor hypoxia-inducible factor 1 (hif-1á) and its target genes vegf, il-6, and tnf-á with real time PCR. Using toluidine blue staining we confirmed that the differentiated MCs stay viable under physioxia during the specified period of 39 days. Interestingly, MCs cultivated at 7% O2 (53 mmHg) show a significantly delayed differentiation rate defined by CD117-positive cells compared to MCs cultivated under normoxia (21% O2). Investigating the gene expression of hif-1á and its target genes of differentiated MCs exhibited a significant lower transcript expression under physioxia compared to normoxia. Moreover, the amount of intracellular stored histamine is significantly decreased in MCs differentiated under low oxygen levels.

Cooperation Partners:

oProf. Herbert Fuhrmann, Universität Leipzig, Veterinärmedizinische Fakultät, Veterinär-Physiologisch-Chemisches Institut, Leipzig

Project Details:
Backenzahnextraktionen sind häufige Eingriffe in der Pferdemedizin, die in der Regel am stehenden, sedierten Pferd durchgeführt werden. Die Sedierung stellt bezüglich ihrer ausreichenden Tiefe bei erhaltener Standfähigkeit des Patienten eine besondere Herausforderung dar. Die Extraktion ist häufig mit einer nicht zu unterschätzenden Manipulation im Maul des Patienten verbunden. Um einen optimalen Ablauf dieses Eingriffes zu ermöglichen und Verletzungen des Patienten, des Tierarztes und seiner Helfer zu verhindern, ist eine zuverlässige Sedierung unabdingbar. Des Weiteren ist bei derartigen Eingriffen darauf zu achten, dass die Patienten postoperativ ein möglichst geringes Maß an Schmerzen empfinden. Besonders Schmerzen im Bereich der Zähne äußern die Pferde zunächst undeutlich, so dass zumeist erst gehandelt wird, wenn das Pferd deutliche Veränderungen im Futteraufnahmeverhalten zeigt. Die Reduktion der unmittelbaren postoperativen Schmerzen wird durch den Einsatz von Morphinderivaten, welche mit dem α2- Agonisten Detomidin kombiniert werden, gewährleistet. Sowohl Butorphanol als auch Buprenorphin gehören zu den Morphinderivaten. Während Butorphanol als vollsynthetisches Opioid kompetitiv agonistisch an κ- und antagonistisch an µ-Rezeptoren bindet und eine Wirkdauer von circa drei Stunden aufweist, gehört Buprenorphin zur Gruppe der halbsynthetischen µ-Rezeptor Agonisten und hat eine dosisabhängige Wirkdauer von bis zu neun Stunden.
In der geplanten Untersuchung soll der Einfluss des für das Pferd in Deutschland neu zugelassenen Opioids Buprenorphin im Vergleich zu Butorphanol auf die Qualität, Dauer und Intensität der Sedierung mit Detomidin während der Backenzahnextraktion beim Pferd untersucht werden. Darüber hinaus soll auch die postoperative Schmerzsymptomatik bei diesen Patienten vergleichend bewertet werden.
Die Untersuchungen erfolgen an 30 Pferden, die zur Zahnextraktion in der Klinik vorstellt und randomisiert in zwei Gruppen eingeteilt werden.
Die Extraktion des betroffenen Backenzahns erfolgt unter den kliniküblichen Standards. Während der Zahnextraktion wird die Qualität der Sedierung mittels klinischer Parameter (Einbringen des Maulgatters, Kopfschlagen, Zungenbewegung) mit einem Punktesystem bewertet. Zur objektiven Graduierung von Stress- und Schmerzlevel wird in regelmäßigen Abständen der Kortisolgehalt im Plasma bestimmt. Zusätzlich erfolgt die Beurteilung der Schmerzhaftigkeit nach der Zahnextraktion anhand von physiologischen und Verhaltensparametern in Form eines "composite pain scale", "horse grimace scale", "EQUUS- COMPASS" und "EQUUS- FAB".

Project Details:
Erkrankungen der Nasennebenhöhlen treten bei Pferden relativ selten auf. Sie können meist erst im subakuten bis chronischen Krankheitsstadium diagnostiziert werden, da das Leitsymptom des einseitigen Nasenausflusses aufgrund der komplexen anatomischen Struktur der equinen Nasennebenhöhlen in der Regel erst bei fortschreitender Erkrankungsdauer auftritt.
Eine gesicherte Diagnose kann meist erst nach umfangreicher bildgebender Diagnostik durch ein Zusammenspiel von Endoskopie, Röntgen und Computertomographie gestellt werden. In einigen Fällen ist zusätzlich eine invasive sinuskopische Untersuchung notwendig, um Proben zu entnehmen.
Bei Krankheiten der tiefen Atemwege liefert neben der endoskopischen Untersuchung vor allem die zytologische Auswertung des Tracheobronchialsekrets wichtige Aussagen über Art und Schwere der Erkrankung und dient darüber hinaus zur prognostischen Einschätzung.
Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen der eigenen Untersuchungen transnasal endoskopisch Sekretproben aus dem Drainagewinkel der Apertura nasomaxillaris von gesunden Pferden und Pferden, die Hinweise auf das Vorliegen einer Sinusitis zeigen, entnommen, um diese zytologisch und bakteriologisch zu untersuchen.
Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, herauszufinden, ob eine Korrelation zwischen dem zytologischen und mikrobiologischen Befund des Sekretes der Nasennebenhöhlen und der mit Hilfe weiterführender bildgebender Verfahren abschließend gestellten Diagnose besteht. Im Weiteren wird der Frage nachgegangen, ob und welchen diagnostischen und prognostischen Nutzen diese Untersuchungsergebnisse bei der Evaluation von Patienten mit Erkrankungen der Nasennebenhöhlen haben.

Project Details:
Als Modell zur Untersuchung hepatischer Stoffwechselvorgänge beim ruminierenden Tier haben Ehrhardt et al. (2016) und Witte et al. (in preparation) in Vorarbeiten primäre bovine Hepatozyten aus Leber isoliert und kultiviert. Allerdings weiss man, dass Mono-Kulturen primärer Hepatozyten innerhalb weniger Tage einen Funktionsverlust erfahren können. In Ko-Kulturen mit Makrophagen konnte dagegen ein hepatoprotektive Effekt nachgewiesen werden. Daher ist Ziel des Projektes zu untersuchen, ob die Ko-Kultur primärer boviner Hepatozyten mit Makrophagen die vor allem endokrine Hepatozytenfunktion mit Blick auf den Wachstumshormonrezeptor positiv beeinflusst.

Funding: ZuivelNL, 163.000 EUR

Project Details:
Klinische Studie

Cooperation Partners:

Universität Utrecht, Universität Wageningen

Project Details:
Klinische Studie

Funding: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, 238.300 EUR

Project Details:
Infektionen mit Ichthyophthirius multifiliis führen insbesondere in Forellenbetrieben teils zu hochgradigen Verlusten. Da derzeit in der EU keine wirksamen Medikamente zur Behandlung dieser Infektion bei Speisefischen zugelassen sind, besteht ein Therapienotstand. In AbiAqua sollen neue Ansätze zur Bekämpfung des Parasiten verfolgt werden. Zum einen soll die Zahl der infektiösen Parasitenstadien im Wasser und deren Verbreitung signifikant reduziert werden. Dies soll durch Nanofiltration und durch Blockierung der Übertragung durch Methoden, welche die Parasitenstadien im Wasser inaktivieren, die Wirtserkennung verhindern oder die Vermehrungsstadien durch geeignete Methoden abfangen, erreicht werden. Ein weiterer Aspekt soll die Entwicklung von neuen Impfstrategien gegen den Parasiten sein. Die verschiedenen Bekämpfungsstrategien sollen im Rahmen dieses Projektes einzeln und in Kombination miteinander getestet werden.

Das geplante Projekt soll in drei Phasen durchgeführt werden. In Phase eins sollen zunächst Methodiken für die drei Bekämpfungsansätze Nanofiltration, Transmissionsunterbrechung und Impfung gegen I. multifiliis unter Laborbedingungen entwickelt und unter praxisnahen Bedingungen getestet werden. Nach Vorliegen konkreter Ergebnisse sollen die vielversprechendsten Einzel-Ansätze bezogen auf die jeweilige Altersklasse der Fische unter praxisnahen Bedingungen auch in Kombination getestet werden. In Phase zwei sollen die gewonnenen Erkenntnisse und Methoden aus den Laborversuchen in die Praxis übertragen und unter Feldbedingungen hinsichtlich ihrer Effektivität in zwei Teichwirtschaften in den als geeignet erkannten Kombination getestet werden. Phase drei dient der Zusammenfassung der praxisrelevanten Ergebnisse mit dem Ziel eines möglichst breit angelegten Wissenstransfers von relevanten Management-Strategien in die Praxis. Die Ergebnisse sollen in ein Merkblatt eingehen und in die Ausbildung von Teichwirten und Tierärzten mit einfließen.

Cooperation Partners:

Kallert & Loy GBR, Adelsdorf

Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Fischerei, Starnberg

Funding: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Förderung im Rahmen des DZIF (Deutsches Zentrum für Infektionsforschung), TTU Emerging Infections , 143.448 EUR

Project Details:
Viren können ihre Wirtsspezifität und pathogenen Eigenschaften durch verschiedene evolutionäre Mechanismen verändern. Da eine Vielzahl neuer Infektionskrankheiten des Menschen ihren Ursprung in Viren aus dem Tierreich hat, ist ein detailliertes Wissen über das Spektrum der Viren in Haus-, Nutz- und Wildtieren wichtig, um sich auf die Bedrohung durch neue Infektionskrankheiten künftig besser vorbereiten zu können. Das Hauptziel des Projekts ist die Identifizierung und Charakterisierung neuer Viren aus Rind und Schwein. Hierzu sollen Proben aus Kohorten gesunder und kranker Tierbestände systematisch gesammelt und untersucht werden. Neben der genetischen Charakterisierung mittels verschiedener Nukleinsäureamplifikations- und Sequenziertechniken (PCR, RT-PCR, sequenzunabhängige Amplifikation, next generation sequencing) stellen Untersuchungen der biologischen Eigenschaften dieser Viren sowie die Entwicklung entsprechender diagnostischer Tests interessante Perspektiven für weiterführende Arbeiten dar.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Nicole Fischer (UKE Hamburg-Eppendorf)

Prof. Dr. Adam Grundhoff (Heinrich-Pette-Institut, Hamburg)

Prof. Dr. Christian Drosten (Universität Bonn)

Project Details:
Bei vermehrter Aufnahme von Sand über das Futter kann es zu einer Anreicherung von Sand im Gastrointestinaltrakt (GIT) des Pferdes kommen. Von vielen Klinikern wird eine vermehrte Ansammlung von Sand im GIT von Pferden als eine mögliche Ursache für Koliken angesehen. In der Praxis wird der Sandgehalt der Faeces oftmals semiquantitativ mittels einer sehr einfachen "Aufschwemmprobe" einer geringen Kotmenge in einem Handschuh geprüft.
Vor diesem Hintergrund sollen Vorgehen und Ergebnisse bei dem in der Praxis üblichen "Handschuhtest" mit exakten laboranalytischen Verfahren (Rohasche/ HCl unlösliche Asche) verglichen werden. Da in Vorversuchen eine erhebliche tagesabhängige Variation in der faecalen Sandausscheidung selbst unter identischen Haltungs- und Fütterungsbedingungen festgestellt wurde, zielen die Untersuchungen auch auf eine engmaschigere Erhebung von Daten zum Sandgehalt im Kot, um zu überprüfen, ob die in der Diagnostik oftmals angewandte einmalige Probenentnahme ("spot-sampling") überhaupt geeignet ist, um Pferde mit unüblich hohen Sandgehalten im GIT sicher detektieren zu können.

Cooperation Partners:

Tierklinik Lüsche