Overview of research projects

Project Details:
Untersuchung an gesunden Pferden, der unspezifischen Immunantwort als Antwort auf eine Injektion von Transfektionsreagenz, Interleukin-DNA formuliert mit Transfektionsreagenz oder Nonsense-DNA formuliert mit Transfektionsreagenz. Gemessen werden sollen verschiedene Zytokine mittels LUMINEX-Technologie zu unterschiedlichen Zeitpunkten innerhalb 48 Stunden nach der Injektion. Zudem sollen Entzündungsmediatoren in Biopsien der Injektionsstellen untersucht werden.
Gruppengröße 6 Pferde pro Gruppe.

Funding: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Project Details:
Die Forschungsaufgabe des Instituts im Rahmen des RESET-Verbundes ist es, Daten zur Resistenzsituation in Enterobacteriaceae mit Daten des Antibiotikaeinsatzes in landwirtschaftlichen Nutztieren zu verknüpfen. Dazu wurd eine Querschnittsstudie in Schweinen, Rindern und Geflügel in vier Landkreisen Deutschlands durchgeführt. Das Ziel der Querschnittsstudie war es, die Verbreitung und mögliche Risikofaktoren für das Vorkommen von ESBL-produzierenden E. coli in landwirtschaftlichen Nutztieren zu untersuchen. In dieser Untersuchung wurden dazu in den Jahren 2011 und 2012 Betriebe mit Schweine- und Geflügelmast sowie Betriebe mit Milch- und Mastrindern eingeschlossen.
In allen Betrieben wurden zwei unterschiedlich alte und räumlich getrennte Tiergruppen beprobt. Dabei wurden pro Gruppe drei Sammelkotproben, ein Paar Sockentupfer und eine Staubprobe entnommen. Diese wurden kulturell und auf β-Lactam-resistente E. coli untersucht. Die Bakterienspezies wurde mit Hilfe von MALDI TOF bestätigt. Um mögliche Risikofaktoren für das Vorkommen diese Bakterien zu identifizieren, wurde ein standardisierter Fragebogen eingesetzt.

Cooperation Partners:

Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, Erlangen

Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit, Berlin

Bundesinstitut für Risikobewertung, Berlin

Freie Universität Berlin

Veterinärmedizinische Fakultät der Universität Leipzig

Funding: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Project Details:
Im Rahmen des Forschungsverbundes FBI-Zoo werden in diversen Projekten Studien in verschiedenen Populationen entlang der Nahrungskette des Menschen an den vier Durchfallerregern Salmonella spp., Campylobacter spp., Yersinia enterocolitica und Shigatoxin bildenden Escherichia coli durchgeführt.
Gewonnene Erregerstämme werden in den jeweiligen Referenzlaboren typisiert und die Ergebnisse der Basistypisierung jeder positiven Probe, die innerhalb des Verbunds identifiziert wurde, sind in einer zentralen Datenbank für alle Verbundpartner einsehbar.
Pro Genus werden alle hier erfassten Isolate in einer studienübergreifenden Auswertung hinsichtlich des Einflusses von z.B. Herkunft (Mensch, Tier, Lebensmittel) oder Art der Probe (Blutprobe, etc.) auf die Charakteristika des Erregers untersucht. Die Modelle dieser Studie werden mittels nichtparametrischer multivariater Verfahren ausgewertet.

Cooperation Partners:

Freie Universität Berlin

Technische Universität Braunschweig

Ludwig-Maximilians-Universität München

Medizinische Hochschule Hannover

Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Universität Hohenheim

Robert Koch Institut Berlin

Robert Koch Institut Wernigerode

Bundesinstitut für Risikobewertung Berlin

Landesgesundheitsamt Niedersachsen

Funding: DFG, 181.795 EUR

Project Details:
Cysteinproteasen werden von Parasiten auf vielfältige Weise benötigt: sie sind an der Häutung zum nächsten Stadium beteiligt und ermöglichen die Gewebswanderung und den Verdau aufgenommener Nahrung. Gleichzeitig dienen sie als Modulatoren der Immunantwort. In diesem Projekt sollen verschiedene Cysteinproteasen der Papainfamilie (Kathepsine) und Legumainfamilie (Asparaginylpeptidasen) hinsichtlich ihre molekularen Struktur und Funktion überprüft werden. Weiterhin soll mittels quantitativer real time PCR ihre Beschränkung auf die parasitische Lebensphase bestätigt und ihr Zusammenspiel mit einem Vertreter der Thyroglobulin-Familie untersucht werden.

Results:

Da Cysteinproteasen bei parasitischen Helminthen Funktionen bei der Gewebewanderung, dem Nahrungsaufschluss sowie der Immunevasion wahrnehmen und daher essentiell für die parasitische Lebensweise sein können, sollten im bearbeiteten Projekt verschiedene Cysteinproteasen der Cathepsin- und Legumain-Gruppe des bovinen Lungenwurms Dictyocaulus viviparus funktionell und bezüglich möglicher Interaktionen charakterisiert werden. In die Untersuchungen zu Interaktionen wurde ein Testican-ähnliches Thyroglobulin einbezogen, da für humanes Cathepsin L (CPL) eine Enzymhemmung durch dieses Thyroglobulin nachgewiesen wurde.

Für die mittels Transkriptionsanalyse untersuchten Cysteinproteasen B1, B2, B3, F, Z und Legumain 1 und 2 sowie Testican ergab sich, dass die Proteine primär in den parasitischen Stadien und nur in sehr geringem Umfang in den frei-lebenden Stadien transkribiert werden. Eine Ausnahme bildete CPL, welches in allen Stadien, vorwiegend aber den frühen frei-lebenden Larvalstadien transkribiert wird. In die rekombinanten Expression wurden CPL, die B-Cathepsine, die Legumaine und Testican einbezogen. Bezüglich einer funktionellen Charakterisierung der Cysteinproteasen stehen Ergebnisse für CPB-1 noch aus, da die trans-Aktivierung dieses Enzyms erst kürzlich gelang. Für die anderen exprimierten Cysteinproteasen wurde festgestellt, dass alle ausschließlich im saurem Milieu arbeiten und ein Optimum bei pH 4,5 bzw. pH 5,5 aufweisen. Bezüglich der Substratspezifitäten entsprachen CPL sowie die Legumaine den aus der Literatur erwarteten Ergebnissen. Die B-Cathepsine zeigten hingegen eine höhere Affinität zum CPL- anstelle des CPB-spezifischen Substrats. Dies ist jedoch schon bei B-Cathepsinen anderer parasitischer Helminthen beobachtet worden und ist durch den molekularen Aufbau der jeweiligen aktiven Zentren erklärbar. Auch die Testung des Einflusses verschiedener Protease-Inhibitoren zeigte insgesamt die aus der Literatur erwarteten Ergebnisse. Eine Ausnahme bildete hierbei Leg-2, dessen hohe Sensitivität gegenüber verschiedenen Cysteinproteaseinhibitoren nicht erwartet worden war. Dies weist darauf hinweist, dass es sich bei Leg-2 um einen eher untypischen Vertreter der Legumain-Gruppe handelt. Bei der Evaluierung potentieller natürlicher Substrate zeigten alle Proteasen die Fähigkeit, verschiedene bovine Proteine zu spalten. Bovines Kollagen I und II wurden dabei von allen Cysteinproteasen gespalten. Mit Ausnahme von Leg-2 spalteten die verschiedenen Proteasen zudem Bestandteile des Bronchialschleims, der dem Parasiten als Nahrungsgrundlage dient.

Mittels in Kaninchen produzierter polyklonaler Antikörper konnten die Transkriptionsmusteranalysen auch auf Expressionsebene bestätigt werden. Zusätzlich zur stadienspezifischen Expression erfolgte auch eine Lokalisation der einzelnen Proteasen im Lungenwurmgewebe. Dabei zeigte sich, dass CPB-2 und -3 wie auch die Legumaine im Darm des Parasiten lokalisiert sind. Es kann daher von einer Funktion beim Verdau aufgenommener Nahrung ausgegangen werden. CPL, welches in nahezu allen Organen der Adulten sowie im Inneren von frei-lebenden Larven exprimiert wird, ist in Letzteren vermutlich am Umsatz von Speicherproteinen oder auch Häutungsvorgängen beteiligt, während bei der Umstellung auf die parasitische Lebendweise die Funktion einer unspezifischen lysosomalen Protease eingenommen werden könnte.

Interaktionsversuche der Cathepsine mit dem Thyroglobulin Testican ergaben, dass Testican ein hochaffiner, reversibler, kompetitiver Inhibitor von CPB-3 ist, wobei die inhibitorische Wirkung aus einer Bindung an das aktive Zentrum von CPB-3 resultiert. Damit konnte bei Helminthen erstmalig eine Regulation von Cysteinproteasen durch Thyroglobuline nachgewiesen werden. Anders als beim Menschen erfolgt beim Rinderlungenwurm jedoch eine Regulation eines B-Cathepsin anstelle eines L-Cathepsins.

Funding: Niedersächsisches Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, 500.643 EUR

Project Details:
Die Populationsrückgänge der Wildarten Feldhase, Rebhuhn und Fasan Ende der 1970er Jahre waren wesentlicher Impulsgeber für zahlreiche wissenschaftliche Studien in ganz Europa, die sich sowohl mit der Populationsdynamik und der Kausalität des Rückgangs als auch mit Hegemaßnahmen zur Stabilisierung bzw. einer Anhebung der Populationsdichten beschäftigten. Losgelöst von den langfristigen Rückgangsursachen bleiben die Frage nach den Sekundäreffekten und Mechanismen, die die Populationen dieser Arten aktuell auf einem niedrigen bis mittleren Niveau halten, bestehen. Dabei wird seit Jahren die Prädation als wesentlicher Einflussfaktor auf die Dynamik und Dichte intensiv diskutiert - auch die der Prädation zugrunde liegenden Mechanismen sind für hiesige Verhältnisse nicht bekannt. Durch dieses Wissensdefizit können keine gezielten und effektiven Maßnahmen zur Stabilisierung und Anhebung der genannten Wildtierpopulationen durchgeführt werden. Eine Schlüssellehre aus vielen Studien ist, das ein erfolgreiches Management von Wildtieren ausnahmslos vom Verständnis des exakten ökologischen Kontextes abhängt in denen Räuber-Beute-Beziehungen stattfinden. Ansonsten sind die Maßnahmen des Managements häufig unzureichend ggf. sogar kontraproduktiv. Die Erforschung der Verlustursachen bei Gelegen und Jungtieren, insbesondere die durch Prädation bedingt sind, ist zwingende Voraussetzung für eine Umsetzung in die praktische Hege und steht im Vordergrund dieses Projektes.

Results:

Die Untersuchungen zur Prädation beim Fasan belegen eine starke negative Einflussnahme der Prädatoren auf das Überleben der Hennen, be-sonders in der Lege-, Brut- und Aufzuchtphase, sowie auf die erfolglose Bebrütung eines Geleges. Damit nimmt die Prädation für den Populations-aufbau im Jahresverlauf wie auch im Hinblick auf die aktuelle Bestandssituation und langfristige Bestandsentwicklung einen sehr hohen Stellen-wert ein.

In Zusammenhang mit dem seit 2008 anhalten-den bundesweiten Rückgang der Fasanenpopulati-on ist die Prädation jedoch nicht ursächlich festzu-stellen. Es handelt sich dabei vielmehr um einen multifaktorielles Wirkungsgefüge bei dem die Prädation als Sekundäreffekt (Prädationsfalle) ei-ne bedeutende Rolle spielen kann.

Vor diesem Hintergrund ist neben der Ursachen-aufklärung zur Kükensterblichkeit das Prädations-management für eine effizientere, konsequente Niederwildhege dringend erforderlich.

Weitere Infos (Flyer, Filmsequenzen und Literatur-studie zur Prädation sind verfügbar über www.wildtiermanagement.com.

Funding: Bundesamt für Naturschutz (BfN), Trägerverein Wisent-Welt Wittgenstein e.V., 125.093 EUR

Project Details:
Durch das Aussterben des Wisents (Bison bonasus) in freier Wildbahn Anfang des 20. Jahrhunderts entstand eine Lücke im Ökosystem, die in Europa weitgehend bis heute nicht geschlossen ist. Entsprechend existieren Wiederansiedlungsprogramme in verschiedenen Ländern insbesondere im Osten Europas.
Bei der Wiederansiedlung von Wisenten steht neben der artenschutzfachlichen Bedürftigkeit des Wisents per se auch der Anspruch der Erhaltung bzw. Reetablierung seiner ökologischen Rolle - der Interaktion mit seiner Umwelt - im Vordergrund. Werden die Gruppen der heute frei lebenden Wisente betrachtet, so wird aber deutlich, dass sie je nach Lebensraum nicht mehr ihre komplette einstmals signifikante ökologische Rolle als Schlüsselart ausüben können. Meist konkurrieren sie nicht mehr mit dem gesamten Spektrum von Pflanzenfressern, sie interagieren nicht mehr mit den Prädatoren genauso wie sie nicht mehr großflächig Landschaften mitgestalten. Lebensraum für die Wisente steht nicht unbegrenzt zur Verfügung und das Raumverhalten wird im Rahmen seines Managements aktiv gestaltet.
Hauptziel dieses E+E-Vorhabens ist die Etablierung einer freilebenden Herde von 20 - 25 Wisenten auf einer ca. 4.300 ha großen Fläche im Rothaargebirge. Damit soll ein modellhafter Beitrag zur Erhaltung der Art geleistet und außerdem die ökologische Nische dieses Gras- und Raufutterfressers wieder besetzt werden. Darüber hinaus soll auch bewertet werden, wie sich im dicht besiedelten Deutschland menschliche Nutzungsinteressen mit den Lebensansprüchen des Wisents bei einem angepassten Management vereinbaren lassen. Im Vorfeld der Freisetzung werden in Kooperation mit Instituten der Universitäten Siegen, Frankfurt und Göttingen die Wechselwirkungen der Wisente mit ihrer Umwelt bewertet genauso wie ihr Verhalten gegenüber dem Menschen untersucht wird. Die Erkenntnisse sollen letztendlich in ein Konflikte vermeidendes modernes Wildtiermanagement einfließen.

Results:

https://www.bfn.de/0502_skriptliste.html

Project Details:
Es handelt sich bei diesem Projekt um eine externe Dissertationsarbeit (Karolina Theodoridis). Herzklappenerkrankungen gehören zu den häufigsten Erkrankungs- und Todesursachen. Diesbezüglich gibt es große Fortschritte in der Transplantationmedizin, allerdings sind neu entwickelte Implantate immer noch mit Nachteilen behaftet z.B. lebenslange immunsuprimierende Therapie. Den Ausweg aus dieser Situation erhofft man sich mittels der "Tissue-engineerten Herzklappe".
In juvenilen Tieren kann man ein Jahr nach Implantation einer dezellularisierten Herzklappe mit einer vollständigen Rebesiedelung mit Zellen rechnen. Durch Implantation von dezellularisierten Pulmonalklappen soll in diesem Projekt festgestellt werden, ob diese Herzklappen eine Alternative zu den zur Zeit kommerziell verfügbaren Grafts in älteren Empfängern darstellen.

Results:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961215001337

Cooperation Partners:

Externe Doktorarbeit in Zusammenarbeit mit der Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie (HTTG) der Medizinischen Hochschule Hannover (Prof. Dr. Dr. h.c. Axel Haverich).

Project Details:
Ovarieller Kortex von jungen an Krebs erkrankten Frauen soll mittels eines in Vorarbeiten etablierten Perfusionskultursystems In-vitro kultiviert werden. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der initialen Follikel-Rekrutierung. Die Kultivierung soll zunächst über eine Dauer von 12 Tagen erfolgen. Da die Systeme über ausreichend Kapazität für die Versorgung des Gewebes aus dem Medium verfügen, soll kein Mediumwechsel durchgeführt
werden. Aufbauend auf Vorarbeiten sollen molekularbiologische Parameter aus Chemilumineszenz-Mikropartikel-Immunassay-, genexpressions- und Western-Blot Untersuchungen ermittelt werden, die insgesamt eine Beurteilung der sich entwickelnden Follikel in den Proben erlauben.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. rer. nat. Dipl. Biol. Markus Montag

Abt. Gynäkologische Endokrinologie und Fertilitätsstörungen

Universitäts-Frauenklinik Heidelberg

Project Details:
Administration of stem cells is a promising novel approach for treatment of neurodegenerative diseases. For in vivo monitoring of transplanted cells, non-invasive imaging modalities could play a significant role for the evaluation of therapeutic approaches. In this project we determined the tracking efficiency of a superparamagnetic iron oxide (SPIO)-labelled canine cell line (MTH53A) in vitro and human CD34+ umbilical cord blood stem cells (hUCBCs) in vitro and in vivo by magnetic resonance imaging (MRI). SPIO-labelled MTH53A cells and hUCBCs were scanned in agar gel phantoms at 1.0 T or 7.0 T for in vitro evaluation of MRI detection limits. For in vivo detection, labelled hUCBCs were injected into the spinal cord of a transgenic amyotrophic lateral sclerosis (ALS) mouse and scanned at 7.0 T. MRI combined with SPIO nanoparticles shows valuable potential for non-invasive, non-toxic in vivo tracking of cells implanted into the spinal cord.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. S. Petri, Klinik für Neurologie, MHH, Hannover

Prof. Dr. R. Hass, Klinik für Frauenheilkunde und Geburtshilfe, MHH, Hannover

Dr. M. Meier, Zentrales Tierlabor, MHH Hannover

Project Details:
The unrestricted mobility of the spine is one of the critical prerequisites for efficient locomotion in mammals like the dog. Dysfunctions of the axial system caused by degenerative diseases are often located at specific anatomical regions along the spine. To improve our understanding of the spinal motions in sound dogs, we investigated two breeds differing in body build (Dachshunds and Beagles). Three-dimensional intervertebral motions occurring during walking and trotting were studied using a biplanar highspeed x-ray videosystem. In our approach, we utilized the markerless X-ROMM method. Virtual 3D models of each vertebra were reconstructed based on CT-data and animated by matching them to the x-ray videos. Scientific rotoscoping allows quantitative comparison of lateral, sagittal and axial rotations among individual vertebrae and thereby enables a functional interpretation of the intervertebral movements. This study aims at improving our understanding of the normal spine function and thereby its dysfunctions in orthopedic patients.

Cooperation Partners:

Kooperationspartner: Inst. f. Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie, FSU-Jena, Prof. M.S. Fischer, PD Dr. N. Schilling