Overview of research projects

Project Details:
Osmotic diarrhea and abdominal pain in humans are oftentimes associated with carbohydrate malabsorption in the small intestine due to loss of function of microvillar disaccharidases. Disaccharidases are crucial for the digestion and the subsequent absorption of carbohydrates. This project focuses on sucrase-isomaltase as the most abundant intestinal disaccharidase and the primary or induced pathological conditions that affect its physiological function. Congenital defects are primary factors which directly influence the transport and function of sucrase-isomaltase in a healthy epithelium. Based on the mutation type and the pattern of inheritance, a mutation in the sucrase-isomaltase gene may exert a variety of symptoms ranging from mild to severe. However, structure and function of wild type sucrase-isomaltase can be also affected by secondary factors which influence its structure and function either specifically via certain inhibitors and therapeutic agents or generally as a part of intestinal pathogenesis, for example in the inflammatory responses. Diagnosis of sucrase-isomaltase deficiency and discriminating it from other gastrointestinal intolerances can be latent in the patients because of common symptoms observed in all of these cases. The primary congenital sucrase-isomaltase deficiency (CSID) has been a major focus in our laboratory and we have meanwhile discovered and analyzed a large number of mutants of sucrase-isomaltase (SI) that lead to defective trafficking and sorting pathways as well as functional deficiencies. Current concepts describe CSID as a multifaceted malabsorption disorder that comprises three major classes of functional and trafficking mutants of SI and have established a gradient of mild to severe functional deficits in the enzymatic functions of the enzyme. This novel concept and the existence of mild consequences in a number of SI mutants strongly propose that CSID is an underdiagnosed and a more common intestinal disease than currently known. Our future goals will be to verify these hypotheses by analyzing at the molecular and biochemical levels a battery of homozygous, heterozygous or compound heterozygous mutants identified in patients with mild to severe symptoms of diarrhea

Project Details:
Ziel des Projektes ist die systematische Überprüfung der Aussagekraft verschiedener labordiagnostischer Messgrößen der Leberzellschädigung (Enzyme) und Leberfunktion für Lebererkrankungen bei Hund und Katze. Hierzu werden Hunden und Katzen unmittelbar vor einer geplanten Leberbiopsieentnahme durch Probelaparotomie Blutproben entnommen. Aus den Blutproben erfolgen umfangreiche labordiagnostische Untersuchungen. Die Korrelation der labordiagnostischen Ergebnisse mit den histologischen Befunden von zeitnah entnommenen Biopsien liefert wertvolle Erkenntnisse für die Aussagekraft verschiedener Laborparameter.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. H.-A. Schoon, Institut für Veterinärpathologie, Universität Leipzig

Funding: Wehrtechnische Dienststelle WTD 71, 9.948 EUR

Project Details:
Bei der Forschungsplattform FINO 3 (Nordsee, 80 km westlich von Sylt gelegen) von der WTD 71, wurden an einer Verankerung zwei C-PODs (Cetacean-Porpoise Detector) in unterschiedlicher Wassertiefe zur Erfassung von Schweinswalen ausgebracht.
Im Rahmen dieser Auftragsstudie wurden die Daten vom ITAW ausgelesen, validiert und ausgewertet. Die FINO 3 CPOD-Daten sollen nun mit anderen CPOD Ergebnissen aus der Region verglichen und ihre Plausibilität abgeschätzt werden. Es soll insbesondere ein Vergleich der Tagesgänge, die sich gegebenenfalls mit der Lokalität, dem Nahrungsangebot und der Bodenbeschaffenheit ändern, durchgeführt werden.

Results:

Zur Einschätzung der FINO3 C-POD Ergebnisse wurden Schweinswaldetektionen von C-PODs an der Forschungsplattform FINO 3 mit erhobenen Daten im Sylter Außenriff verglichen. Die Vergleichsstationen wurden im Sommer 2013 bzw. 2014 betrieben und waren 18 bis 40 km von FINO 3 entfernt. Alle Stationen verzeichneten maximale Detektionsraten im August. An allen C-POD-Stationen wurde eine Tagaktivität in den Detektionen beobachtet. Die Detektionen an FINO 3 fielen jedoch in beiden Jahren höher aus, als bei den Vergleichsstationen. In 2013 waren zum Teil noch Gemeinsamkeiten in den Detektionen im Verlauf des Überschneidungszeitraums sichtbar, wohingegen in 2014 große Unterschiede auftraten. Dies ist womöglich auf den Vertreibungseffekt durch den Bau von Offshore-Windenergieanlagen im Sylter Außenriff zurückzuführen, der auch schon in anderen Studien dokumentiert wurde. Für allgemeingültige Aussagen wären längere Messreihen, insbesondere aus ungestörten Zeiträumen, sowie Daten zur Beuteverteilung notwendig.

Cooperation Partners:

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Funding: Industry (Veterinary pharmaceuticals/Vaccines), 13.500 EUR

Funding: Landesbetrieb f. Küstenschutz, Nationalpark u. Meeresschutz Schleswig-Holstein, Tönning, 57.596 EUR

Project Details:
Schweinswale sind Repräsentanten der Top-Prädatoren aus der Gruppe der Säugetiere in Nordsee und Wattenmeer. Mit der Novellierung des Nationalparkgesetztes in 1999 wurde ein Teil des Nationalparks explizit dem Schweinswalschutz gewidmet, da dort eine hohe Dichte von Mutter-Kalb-Gruppen festgestellt wurde.
Im Rahmen der Neuordnung des Bund-Länder-Meeresprogramms (BLMP) wurde im Januar 2011 ein Programm zum gemeinsamen Monitoring von Meeressäugern verabredet, das die Anforderungen eines Monitorings nach den einschlägigen europäischen Richtlinien und internationalen Konventionen erfüllt. Der schleswig-holsteinischen Nationalparkverwaltung (NPV) im Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein (LKN) fällt in diesem Programm dabei die Aufgabe zu, das akustische Monitoring von Schweinswalen zu organisieren, umzusetzen und zu finanzieren.
Hierbei übernimmt das ITAW die akustischen Untersuchungen für die NPV als Bestandteil des gemeinsamen Meeressäugermonitorings im Rahmen des BLMP. Im ersten Untersuchungsjahr sollen Klickdetektoren (C-POD) an sechs festgelegten Standorten im schleswig-holsteinischen und im niedersächsischem Wattenmeer ausgebracht und turnusmäßig gewartet und ausgelesen werden. Die so gewonnenen Daten werden vor dem Hintergrund der Optimierung des akustischen Monitorings sowie erforderlichen Erweiterungen bei einem dauerhaften Betrieb der Messstationen ausgewertet. Die Daten dieser Langzeitstudie sollen Informationen zu einer möglichen Rhythmik sowie Tidenabhängigkeit in den Schweinswaldetektion über den Tag und im Jahresverlauf liefern.

Results:

In the Wadden Sea of Schleswig-Holstein and Lower Saxony, 6 measuring stations were set up for the acoustic monitoring of harbour porpoises. With the help of porpoise click detectors (C-PODs) at the stations, data could be collected in the period from October 2011 to December 2016. The evaluation of the data showed that harbour porpoises have been recorded at all 6 measuring positions over the study period to date. However, spatial (between the stations) and temporal differences (individual years, over the course of the year, over the course of a day) in the detection rates can be observed.

The lowest detection rates were recorded at the station Lister Tief (LT), east of Sylt. Monitoring station 1 (M1), at the entrance to the Jade Bay, also had relatively low detection rates. The station Westerland (WL), west of Sylt in the whale sanctuary, was the station with the highest detection rates (maximum per day) over the study period to date and in the median over the entire year. The station Meldorfer Bucht (MB), which is located in the immediate vicinity of Büsum harbour, also showed very high detection rates, with an increasing trend in the summer months.

The modelling of the individual stations showed a clear seasonality in the harbour porpoise detections. Almost all stations showed a maximum in detections in spring, in the period from mid-March to mid-April. In 2016, seasonality could also be detected at the Rochelsteert station (RS), in contrast to the other stations with a detection maximum in autumn (beginning of September). At 3 stations, patterns in the diurnal rhythm were even recorded. The stations Minsener Oog (MO) in the Wadden Sea of Lower Saxony and Rochelsteert (RS) in the Wadden Sea of Schleswig-Holstein showed more detections during the day, while at station M1 more porpoise clicks occurred at night.

The influence of the tide was greatest at station M1. Maxima in the detections were reached at this station at the high and low tide phase and minima correspondingly in the phases in between. The opposite effect was seen at station MO. Station LT showed increased detection rates at the time of low water and a minimum during the high water phase.

These results prove that harbour porpoises regularly occur in the area of the Wadden Sea and confirm the relevance of the Wadden Sea as a habitat for harbour porpoises. However, there is a high variability between stations, which may depend on various environmental factors. The current data collection in the study area promises further interesting results and insights into the distribution of harbour porpoises in the Wadden Sea.

Funding: Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein, Flintbek, 68.920 EUR

Project Details:
Die wachsende Kegelrobbenkolonie auf Helgoland ist die größte Kegelrobbenkolonie in Deutschland. Die Kegelrobben besiedeln vor allem den Bereich der Helgoländer Düne. Hier kommt es vermehrt zu Wechselwirkungen zwischen Gästen und den dort heimischen Robben. Da die Tiere zunehmend ihre natürliche Scheu gegenüber den Menschen verlieren, kann es zu gefährlichen Situationen zwischen Mensch und Tier kommen. Wissenschaftler vom ITAW sollen in Kooperation mit einem Experten im Bereich "human-wildlife conflict"", Diplom Biologe Michael Scheer, herausfinden welche Interaktion es zwischen Gästen und Kegelrobben gibt und welche Managementmaßnahmen sich daraus ableiten lassen. Diese Maßnahmen sollen den naturschutzfachlichen Erfordernissen sowie den gesetzlichen Vorschriften ebenso Rechnung tragen, wie den erheblichen Interessen des Tourismus. Für die etwaige praktische Umsetzung der im Gutachten erarbeiteten Konflikt vermeidenden Maßnahmen wird eine Evaluation ihrer rechtlichen Machbarkeit durch den Kooperationspartner Prof. Dr. Jur. Gerold Janssen erfolgen."

Results:

Im Rahmen dieses Projektes wurde ein umfassendes Gutachten zum Thema Kegelrobben und Tourismus auf Helgoland erstellt in dem alle wesentlichen Aspekte betreffend dieses Themas zusammengestellt wurden. Für die Bewertung des Status quo wurden verschiedene Datenquellen wie die der Gemeinde Helgoland, dem Verein Jordsand eV sowie Daten des ITAW und anderer Forscher genutzt. Nebst einer detaillierten Literaturrecherche wurden in Zusammenarbeit mit den verschiedenen Stakeholdern Maßnahmen zur Optimierung der Situation vor Ort erarbeitet und Empfehlungen gegeben wie bestehende Konflikte potentiell zu lösen sind.

Cooperation Partners:

Dipl. Biol. Michael Scheer, Bremen

Prof. Dr. Jur. Gerold Janssen, Dresden

Funding: Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt, Natur und Digitalisierung, 29.512 EUR

Project Details:
Die Jäger in Schleswig-Holstein beobachten seit einiger Zeit eine Zunahme von erkrankten und verstorbenen Hasen. In diesem Projekt soll wie in der Studie 2016 gemeinsam mit dem Wildtierkataster Schleswig-Holstein (INR-CAU) der Infektionsstatus und das Auftreten von erkrankten Hasen beurteilt und drei Untersuchungsgebiete ausgewählt werden. In jedem Untersuchungsgebiet sollen Tierkörper mit den örtlichen Jagdausübungsberechtigten (LJV S.-H.) gewonnen und ausführlich obduziert werden. Weiterführende histologische, virologische, parasitologische und mikrobiologische Untersuchungen sollen durchgeführt werden. Das Auftreten von Tularämie, sowie RHD und EBHS-Virusinfektionen soll in Kooperation mit Fachinstituten der Tierärztlichen Hochschule in Hannover sowie dem Friedrich-Loeffler-Institut überprüft werden. Zusätzlich sollen in diesem Untersuchungsjahr auch Urinproben auf Glyphosatbelastungen getestet werden. Die Resultate werden gemeinsam mit dem Landesjagdverband S.-H. und dem Wildtier-Kataster Schleswig-Holstein (WTK) bewertet und weitere Untersuchungsstrategien, bzw. Vorsorgemaßnahmen entwickelt. Dieses Projekt soll zur weiteren Entwicklung von Maßnahmen des vorbeugenden Gesundheitsschutzes und der Lebensmittelsicherheit von Wildtieren in Schleswig-Holstein genutzt werden.

Results:

For several years, hunters in Schleswig-Holstein, Germany have observed a decrease of European brown hares (Lepuse uropaeus) associated with an increasing number of diseased animals. In 2017, 111 post-mortem examinations on 60 hunted free-ranging hares from three hunting grounds (33 females and 27 males) and 51 deceased hares from all over Schleswig-Holstein (22 females and 29 males) were performed. From each of the three hunting grounds, 20 animals were chosen and blood samples were taken immediately after death. During necropsies, selected samples were collected for histopathology. Furthermore, routine bacteriological investigation of small intestine and lungs as well as parasitological screening of faecal samples were performed. Additionally, we screened for European Brown Hare Syndrome Virus (EBHSV), Rabbit Haemorrhagic Disease Virus Type 2 (RHDV-2) and Francisella tularensis (tularaemia). Liver tissues were negative for tularaemia (tul4-PCR, culture), EBHSV and RHDV-2 (PCR, antigen-ELISA). No antibodies for Francisella tularensis (SLA) were found [n=57]. Further serological testing for EBHSV- and RHDV-2-specific antibodies will be performed. Besides hunting-related injuries and agonal alterations, histopathological results included findings such as lympho-histiocytic, granulomatous or purulent hepatitis, hyperplasia of mesenteric lymph nodes and spleen, lympho-plasmacellular or granulomatous enteritis, granulomatous-necrotizing steatitis as well as interstitial nephritis and pneumonia. The parasitological analyses of 107 hares demonstrated marked intestinal coccidiosis in almost all cases (99%). Additionally, gastrointestinal strongylids (65%) and Trichuris spp. (8%) occurred in some individuals. Yersinia pseudotuberculosis [n=2], Salmonella sp. [n=1], Pasteurella multocida [n=1], Staphylococcus aureus [n=4] and Yersinia enterocolitica [n=4] were cultured during bacteriological investigations. In three hares serological and in at least two hares antigen (culture) analyses for Brucella sp. were positive. Furthermore, Escherichia coli were detected in many hares. This project contributes to the advancement in preventive protection of public health and food safety. A higher sample size is needed to verify our results. In future investigations non-infectious noxae should be included to elucidate the causes of the hunting bag decline of European brown hares in Schleswig-Holstein.

Funding: HPA Hamburg Port Authority, Hamburg, 20.211 EUR

Project Details:
In Zusammenarbeit mit DW-ShipConsult sollen akustische Messgeräte für die Hamburg Port Authority (HPA) vermessen werden. Das notwendige Messequipment zur Erfassung des ausgesendeten Unterwasserschalls wird vom ITAW gestellt. Ziel der Untersuchung ist die Messung der einzelnen Schallquellen in Bezug auf die ausgesendeten Schalldruckpegel, den Frequenzbereich und die Reichweite der Signale, um mögliche Auswirkungen auf Schweinswale (Phocoena phocoena) abschätzen zu können.
Die hydroakustische Auswertung der erhobenen Daten wird von DW-ShipConsult durchgeführt. Basierend auf dieser Auswertung wird dann durch das ITAW eine Analyse und Abschätzung der potentiellen Auswirkung der Schallemissionen der untersuchten Geräte auf das Gehör von Schweinswalen erfolgen. Hierfür werden bereits vom ITAW durchgeführte Untersuchungen zu einer Beeinträchtigung der Hörfähigkeit von Schweinswalen durch Schall herangezogen sowie eine Literaturrecherche durchgeführt.

Results:

Im Auftrag der Hamburg Port Authority (HPA) wurde ein Gutachten zur Bewertung von Auswirkungen von Unterwasserschallemissionen auf Schweinswale (Phocoena phocoena) erstellt. In Zusammenarbeit mit DW Shipconsult (Kiel) und dem ITAW (Büsum) wurden eine akustische Strömungsmessanlage und ein Peilschiff akustisch vermessen. Die jeweiligen Schallfelder wurden von DW Shipconsult modelliert und dem ITAW in Form eines fein aufgelösten Rasters übergeben. Basierend auf den Ergebnissen der Schallmodellierung wurde in verschiedenen Szenarien Wanderungen von Schweinswalen durch das Untersuchungsgebiet simuliert. Mit diesem Ansatz wurde das Gefährdungspotential untersucht, das Gehör von Schweinswalen kurzzeitig negativ zu beeinflussen. Die Ergebnisse zu möglichen Auswirkungen auf das Gehör von Schweinswalen durch die beiden untersuchten Schallquellen wurden der HPA vorgestellt.

Cooperation Partners:

DW-ShipConsult GmbH, Schwentinetal

Funding: Wehrtechnische Dienststelle WTD 71, Eckernförde, 10.000 EUR

Project Details:
Das Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung hat die bei der Forschungsplattform FINO 3 von der WTD 71 zwischen Mai 2012 und Oktober 2015 gewonnenen CPOD-Daten ausgewertet und weitestgehend analysiert. Es soll nun eine abschließende Analyse zum Schweinswalvorkommen bei FINO 3 durchgeführt werden, wobei ebenfalls die Daten der in der Nähe verankerten, hochauflösenden Hydrophonkette berücksichtigt werden.

Results:

Zur Einschätzung der FINO3 C-POD Ergebnisse wurden Schweinswaldetektionen von C-PODs an der Forschungsplattform FINO 3 mit erhobenen Daten im Sylter Außenriff verglichen. Die Vergleichsstationen wurden im Sommer 2013 bzw. 2014 betrieben und waren 18 bis 40 km von FINO 3 entfernt. Alle Stationen verzeichneten maximale Detektionsraten im August. An allen C-POD-Stationen wurde eine Tagaktivität in den Detektionen beobachtet. Die Detektionen an FINO 3 fielen jedoch in beiden Jahren höher aus, als bei den Vergleichsstationen. In 2013 waren zum Teil noch Gemeinsamkeiten in den Detektionen im Verlauf des Überschneidungszeitraums sichtbar, wohingegen in 2014 große Unterschiede auftraten. Dies ist womöglich auf den Vertreibungseffekt durch den Bau von Offshore-Windenergieanlagen im Sylter Außenriff zurückzuführen, der auch schon in anderen Studien dokumentiert wurde. Für allgemeingültige Aussagen wären längere Messreihen, insbesondere aus ungestörten Zeiträumen, sowie Daten zur Beuteverteilung notwendig.

Project Details:
In vorangegangenen Studien konnte gezeit werden, dass eine unzureichende Calcium-Versorgung der hochleistenden Legehenne zu einer Adapation der intestinal exprimierten Calcium-Transportmechanismen führt, während in der Eischaldrüse weder funktionelle noch strukturelle Veränderungen nachgewiesen werden können. Obwohl in älteren Arbeiten unter ähnlichen Fütterungsbedingungen ein Rückgang der Legeleistung beschrieben wurde, konnte in der oben beschriebenen Studie nicht sicher festgestellt werden, dass keine Eier mehr gelegt wurden. Das vom Reproduktionsgeschehen üblicherweise beeinflusste, in diesem Fall aber unveränderte Expressionsmuster der Eischaldrüse lässt eher auf darauf schließen, dass unvollständig calcifizierte Eier unmittelbar nach dem Legen von den Tieren verzehrt wurden. Um diese Diskrepanz aufzuklären, sollen nun Tiere aus Linien mit unterschiedlicher Legeleistung einem ähnlichen Protokoll unterzogen werden. Die scheinbare Insensitivität der Eischaldrüse könnte mit der Zucht auf hohe Legeleistung in Zusammenhang stehen.

Results:

Die Ca-Homöostase hochleistender Legehennen unterliegt starken Belastungen, da für eine Eischalenkalzifizierung ca. 2 bis 3 g Ca benötigt wird. Der gesteigerte Ca-Bedarf wird durch ein komplexes Zusammenspiel von Ca‑Absorption aus dem Darm und Ca-Freisetzung aus dem Knochen gedeckt. Ziel dieser Dissertation war es, den Effekt einer alimentären Ca‑Restriktion auf Ca-homöostatische Parameter und die Eierschalenproduktion bei Legehennenlinien unterschiedlicher Leistungsniveaus und phylogenetischer Herkunft zu untersuchen. Es wurde angenommen, dass die genetische Selektion zu einer vorzugsweisen Einteilung der Ressourcen für die Eierproduktion geführt hat und es so zu einer verminderten Adaptationsfähigkeit an veränderte Umweltbedingungen gekommen ist. Für die Studie wurden zwei Minder- und zwei Hochleistungslinien (je eine Weißleger- und eine Braunlegerlinie) in jeweils eine Kontroll- und zwei Versuchsgruppen eingeteilt. Während die Kontrollgruppen mit einem Ca-Gehalt von 4,3 % versorgt wurden, wurde die Ca‑Homöostase der Versuchsgruppen durch eine Ca-Restriktion (1,1 % Ca) belastet. Während des Versuchs wurden verschiedene Plasmaparameter und die Eischalenqualität untersucht. Zudem wurden epitheliale Strukturen bestimmt, die an dem transzellulären Ca2+-Transport im Darm und in der Eischalendrüse beteiligt sind. Bei der minderleistenden Braunlegerlinie konnte das Ca-Defizit durch die Regulationsmechanismen teilweise ausgeglichen werden, bei den anderen Linien war dies nicht der Fall. Insbesondere bei der hochleistenden Weißlegerlinie waren negative Auswirkungen auf die Eischalenqualität und Tiergesundheit in Folge der Ca-Restriktion festzustellen. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Unterscheidung in Hinblick auf die Phylogenie und weniger bezüglich des Leistungsniveaus stattfinden muss, da die Weißleger die Ca-Homöostase und die Eischalenqualität während der alimentären Ca-Restriktion schlechter aufrechterhalten konnten als die entsprechenden Braunleger.

Cooperation Partners:

Dr. S. Weigend, FLI Mariensee