Forschung

Drittmittelprojekt: DFG (Ste 331/8-1), 111.537 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Wie viele andere Kleinsäuger können auch Dsungarische Zwerghamster (Phodopus sungorus) in den Wintermonaten durch Absenkung des Stoffwechsels und in Folge davon erniedrigte Körpertemperatur erheblich Energie einsparen. Diese Fähigkeit zum Torpor wird aber von einzelnen Individuen sehr variabel eingesetzt. Einige der Hamster werden über einen längeren Zeitraum täglich torpid, während andere Hamster im selben Zeitraum und unter identischen (Umwelt)-bedingungen sehr selten oder nie Torpor zeigen. In den letzten Jahren standen verstärkt die molekularen, biochemischen und neuroendokrinen Mechanismen der Steuerung von Torpor im Mittelpunkt des Interesses. Obwohl hier viele Details aufgeklärt werden konnten, müssen wir feststellen, dass auch nach Jahrzehnten der Forschung ganz grundlegende, ökophysiologische Fragen unbeantwortet bleiben: Was veranlasst einen Hamster dazu Torpor zu machen? Wann, unter welchen Umständen und aufgrund welcher Umweltsignale und welcher endogenen Signale "entscheidet" sich ein Hamster für Torpor? Und schließlich: Gibt es Indikatoren, die es ermöglichen vorherzusagen, ob und wann ein Hamster Torpor machen wird? Das Gesamtprojekt lässt sich dabei in vier Teilbereiche gliedern, in denen verschiedene Mechanismen oder Faktoren der Torporinduktion aus den Bereichen der Individualentwicklung, des Sozialverhaltens, der Ernährungsphysiologie sowie des Aktivitätsverhaltens der Dsungarischen Zwerghamster untersucht werden sollen.

Resultate:

Die Säugetiere der gemäßigten und arktischen Breiten sind mit beträchtlichen saisonalen Schwankungen von Temperatur und Futterverfügbarkeit konfrontiert. Besonders die niedrigen Umgebungstemperaturen des Winters erhöhen ihren Energiebedarf. Diese energetische Herausforderung führte zur Entwicklung einer großen Vielfalt an saisonalen Anpassungen, welche vornehmlich dazu beitragen, den Energieverbrauch zu reduzieren. Eine wichtige Form der Anpassung stellt die zeitlich begrenzte, kontrollierte Absenkung von Stoffwechsel und Körpertemperatur dar, welche in zwei grundsätzlichen Ausprägungen auftritt, als täglicher Torpor und als Winterschlaf. Täglicher Torpor ist durch eine eher moderate Reduktion von Stoffwechselrate und Körpertemperatur charakterisiert, die für einige Stunden anhält und für gewöhnlich auf die Ruhephase der Tiere beschränkt ist. Der Dsungarische Zwerghamster (Phodopus sungorus) wird seit langem als Modellorganismus verwendet, um saisonale Anpassungen und täglichen Torpor zu untersuchen. Interessanterweise zeigt diese Säugerart einerseits saisonalen spontanen, täglichen Torpor (SDT), welcher durch eine winterliche kurze Photoperiode induziert werden kann, andererseits aber auch fasten-induzierten Torpor (FIT) als Folge von Futterrestriktion. Während FIT als akute Antwort auf eine energetische Herausforderung gilt, tritt SDT auch bei uneingeschränkter Futterverfügbarkeit auf. In dieser Studie wurde unter Verwendung Ganztier-physiologischer Methodik eine Einschätzung von SDT in seiner Rolle als Energiesparmechanismus vorgenommen. Die Einschätzung basiert a) auf dem Vergleich zu FIT und b) der Untersuchung verschiedener Umweltfaktoren, welche die Energiebilanz der Hamster beeinflussen.

Die Ergebnisse dieser vergleichenden Studie in Kombination mit einer umfassen Literaturübersicht belegen, dass Hamster, die SDT zeigen, auch unter energetischer Belastung eine ausgeglichene Energiebilanz aufweisen. Im Gegensatz dazu tritt FIT unabhängig von etwaigen Energiesparmaßen durch saisonale Anpassungen auf und scheint ein letzter Ausweg zu sein, wenn die Körperfettreserven der Hamster nahezu erschöpft sind. Diese Befunde erlauben die Unterscheidung zwischen SDT als Teil eines saisonalen "Langzeit-Energieplans" und FIT als akuter "Notabschaltung".

Da nicht nur Futterquantität, sondern auch -qualität die Ausprägung von SDT beeinflusst, wurde der Effekt von ungesättigten Fettsäuren auf SDT untersucht. Die Aufnahme dieser Fettsäuren führt im Allgemeinen zu einer erhöhten Energiespareffizienz während des Winterschlafs, was hauptsächlich auf den positiven Einfluss dieser Fettsäuren auf die Funktionalität von Membranen und Geweben bei geringer Temperatur zurückzuführen ist. Im Gegensatz zu früheren Studien an Winterschläfern konnte beim Dsungarischen Zwerghamster weder ein hohes Verhältnis zwischen mehrfach-und einfach-ungesättigten Fettsäuren, noch ein hohes Verhältnis zwischen Ω-6- und Ω-3-Fettsäuren die Ausprägung und Energiespareffizienz von SDT positiv beeinflussen.

Obwohl eine konstant geringe Umgebungstemperatur die SDT-Ausprägung verstärkt, tritt dieser Effekt bei einem täglichen, semi-natürlichen Temperaturzyklus mit kalten Nächten und wärmeren Tagen bei adulten Hamstern nicht auf. Juvenile Hamster zeigten sogar eine verringerte SDT-Ausprägung als Antwort auf diese Umweltbedingungen. Da bei den Jungtieren der Anteil an unerwartet kurzen SDT Episoden sehr hoch war, nehmen wir an, dass der tägliche Anstieg in der Umgebungstemperatur die Torporepisoden unterbrochen hat. Adulte Hamster schienen gegenüber diesem Störfaktor sehr viel unempfindlicher zu sein.

Ein höchst interessantes Ergebnis erzielten wir durch die Behandlung der Hamster mit Somatostatin-Agonisten, was auf einen Einfluss der Wachstumsachse auf Torpor schließen lässt. Insbesondere Pasireotide erhöhte die Torporexpression bezüglich Tiefe und Dauer erheblich und eröffnet so einen neuen Ansatz, um die dem Phänomen Torpor und Winterschlaf zugrunde liegenden Mechanismen zu erforschen.

Wir konnten in allen Experimenten die bekannt hohe individuelle Variabilität der SDT-Nutzung innerhalb der verschiedenen Versuchsgruppen beobachten. Energetische Herausforderungen verstärken grundsätzlich die SDT-Ausprägung, jedoch finden sich dramatische Unterschiede im individuellen, relativen Beitrag von SDT zum gesamten Energiesparpotential saisonaler Anpassung. Alle Ergebnisse unterstreichen die Theorie einer endogenen SDT-Neigung. Obwohl die Gründe für die hohe Variabilität der SDT-Nutzung beim Dsungarischen Zwerghamster unbekannt bleiben, können wir dennoch resümieren, dass dieses Rätsel nur zu lösen sein wird, wenn SDT lediglich als eine - wenn auch sehr wichtige - Facette saisonaler Anpassung eingeordnet wird.

 

Diedrich V and Steinlechner S (2012) Spontaneous daily torpor versus fasting-induced torpor in the Djungarian hamster (Phodopus sungorus): two sides of a medal or distinct phenomena? In: Ruf T, Bieber C, Arnold W, Millesi E (eds). Living in a seasonal world: thermoregulatory and metabolic adaptations. Springer, Berlin, Heidelberg, pp 231-242

 

Diedrich V, Steinlechner S, Scherbarth F (2014b) Effects of unsaturated fatty acids on torpor frequency and diet selection in Djungarian hamsters (Phodopus sungorus). J Exp Biol 10/2014; DOI: 10.1242/jeb.113217

 

Diedrich V, Kumstel S, Steinlechner S (2014c) Spontaneous daily torpor and fasting-induced torpor in Djungarian hamsters are characterized by distinct patterns of metabolic rate. J Comp Physiol B, DOI: 10.1007/s00360-014-0882-4

 

Dumbell RA, Scherbarth F, Diedrich V, Schmid HA, Steinlechner S, Barrett P (2015) Somatostatin agonist pasireotide promotes a physiological state resembling short‐day acclimation in the photoperiodic male Siberian hamster (Phodopus sungorus). J Neuroendocrinol; DOI: 10.1111/jne.12289

 

Diedrich V (2015) Daily torpor in the Djungarian hamster (Phodopus sungorus): energetics and environmental challenges. Doctoral-Thesis, University of Veterinary Medicine Hannover, Germany

 

Scherbarth F, Diedrich V, Dumbell RA, Schmid HA, Steinlechner S, Barrett P (2015) Somatostatin receptor activation is involved in the control of daily torpor in a seasonal mammal, submitted (Am J Physiol - Regul Integr Comp)

Kooperationspartner:

Dr. Viktoria Diedrich, MHH

Dr. Annika Herwig, Universität Hamburg

Dr. Perry Barrett, University of Aberdeen

Drittmittelprojekt: DFG SFB599 Projekt D13

Kliniken/Institute:
Klinik für Kleintiere

Projektdetails:
In diesem Projekt wird ein neuartiges Konzept zur Auslegung und Fertigung von patientenindividuellen
Implantatprototypen erarbeitet werden. Das Konzept umfasst die Entwicklung, umformtechnische
Prototypenherstellung und klinische Erprobung individualisierter Hüftprothesenpfannen für den
Einsatz an caninen und humanen Patienten. CT-basierte Geometriedaten humaner und caniner Hüftgelenkpfannen
dienen als Grundlage für die Auslegung individualisierter Prothesenpfannen. Ihre Herstellung
erfolgt umformtechnisch aus biokompatiblen Titan-Blechwerkstoffen.

Kooperationspartner:

Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover (Dr. Bouguecha, Prof. Dr. Behrens)

Orthopädische Klinik im Annastift der Medizinischen Hochschule Hannover (Prof. Dr. Sukenborg-Colsman)

Kliniken/Institute:
Klinik für Kleintiere

Projektdetails:
The body of juveniles continuously undergoes changes in size and proportions while the musculoskeletal system matures. To better understand the locomotor development in dogs, we used six male Beagle siblings in this longitudinal study starting at the age of nine weeks. Kinematic, kinetic and electromyographic data were collected synchronously while the puppies walked and trotted on a treadmill. Additionally, morphometric data were collected to capture changes in body and limb proportions. Confirming previous results, the typical mammalian intralimb re-proportioning was observed, i.e., proximal limb elements exhibited positive and distal ones negative allometry. Epaxial muscle activity changed in timing relative to the stride cycle. Likely connected with the changes in body proportions, the ratio of the peak vertical forces between fore- and hindlimbs shifted. Final integration of the data will allow for the identification of ontogenetic interdependencies among the parameters and determination of the time line of locomotor maturity in Beagles.

Kooperationspartner:

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

Drittmittelprojekt: DFG SFB 599 TP D13

Kliniken/Institute:
Klinik für Kleintiere

Projektdetails:
In dem hier vorgestellten Teilprojekt soll ein neuartiges Konzept zur Auslegung und Fertigung von patientenindividuellen Implantatprototypen erarbeitet werden. Das Konzept umfasst die Entwicklung, umformtechnische Prototypenherstellung und klinische Erprobung individualisierter Hüftprothesenpfannen für den Einsatz an caninen und humanen Patienten. CT-basierte Geometriedaten humaner und caniner Hüftgelenkpfannen dienen als Grundlage für die Auslegung individualisierter Prothesenpfannen. Ihre Herstellung erfolgt umformtechnisch aus biokompatiblen Titan-Blechwerkstoffen.

Die Versorgung schwerer Hüftgelenks­erkran­kungen mit künstlichen Hüfttotalendo­prothe­sen stellt in der Humanmedizin als auch in der Veterinärmedizin einen häufigen operati­ven Eingriff dar. Trotz langjähriger Erfahrung kommt es nach der Implantation immer wie­der zu Komplikationen, die zu einer Revision des Implantats führen. Insbesondere die Migration der Prothesenpfanne stellt ein gro­ßes Problem dar. Eine mögliche Ur­sache der Migration sind die veränderten mechanischen Bedin­gungen, die zu einem Knochen­abbau im Bereich der Pfannenkom­ponente führen können. Des Weiteren ist für eine ausreichend stabile Verankerung der Prothesenpfanne ein starker Knochenabtrag erforderlich, der den Kno­chenabbau begünstigt und eine Revisions­operation erschwert.

Eine Lösung dieser Problematik stellen pa­tientenindividuelle Hüftprothesenpfannen dar. Aufgrund des Einsatzes von kosten- und zeitintensiver Verfahren für die Herstellung patienten­individueller Prothesen, beschränkt sich der Einsatz einer individualisierten Pro­thesen­pfanne heutzutage jedoch nur auf die Behandlung von Pa­tienten mit starken Fehl­bildungen im Hüftgelenk oder mit Tumor­lokali­sation in diesem Bereich.Bis jetzt ist es nicht möglich eine individualisierte Pro­these mit vergleichbaren Preisen einer Groß­serie zu produzieren, was einer Verbrei­tung solcher Prothesen­komponenten entge­gen wirkt.

Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung und Auslegung von patientenindividuellen, knochenschonenden und kostengünstigen Prothesenpfannen für Mensch und Hund. Hier­für wird ein Konzept zur Herstellung dieser individuellen Pfannen­komponenten mittels der Blechumformung erarbeitet.

Der erste Schritt der Pfannenkonstruktion stellt die Ermittlung der physiologischen Ge­gebenheiten des Acetabulums dar. Hierfür werden umfangreiche CT-Untersuchungen durchgeführt. Dabei werden Aufnahmen von gesunden sowie krankhaft veränderten Hüft­gelenken durchgeführt, die in einer Sammel­variantenbibliothek hinterlegt werden. Auf Basis dieser erfassten Daten soll durch den Einsatz von Reverse Engineering Methoden eine Universalbeckengeometrie modelliert werden. Hierfür werden die CT-Aufnahmen über ein Bestfit zur Superposition gebracht. Aus dieser räumlichen Überlagerung wird die universelle Geometrie abgeleitet und ein assoziativ-parametrisches Modell konzi­piert.
Im Anschluss ermöglicht dieser parametri­sche Aufbau die Anpassung der universellen Pfannengeometrie an die patienten¬individu¬elle Acetabulum¬geometrie durch die Anpassung der definierten Parameter.

Die umformtechnische Fertigung der indivi­dualisierten Prothesenpfannen soll mittels eines innovativen Blechumformverfahrens erfolgen. Aufbauend auf der generierten Uni­versalgeometrie werden normierte Titan­blechkomponenten im Untermaß erstellt, die mit Hilfe des konventionellen Tief­ziehens in Großserie gefertigt werden. Anschließend soll eine maßgerechte individuelle Weitung der erhaltenen Blechbauteile durch Nachformen mit einem modi­fizierten adaptiven Gummi­ziehverfahrens durchgeführt werden. Die Auslegung dieses neuartigen Prozesses soll mittels der Finite-Elemente-Methode erfolgen.

Die gefertigten Implantatprototypen werden unter Verwendung unterschiedlicher Verfah­ren getestet. Zunächst erfolgt die Erprobung der Prothese im Hunde Kadaverver­such. Mit Hilfe dieser Versuche werden geeignete chirurgische Zugänge zum Acetabulum für eine passgenaue Positionie­rung entwickelt. Des Weitren soll damit eine Aufwandabschät­zung des chirurgischen Ein­griffs im Vergleich zu konventionellen Pfannen­systemen erzielt werden.
Weiterhin soll die Prüfung der Komponenten im humanen Kunstknochen, später auch in Leichenbecken erfolgen. Dabei soll zum Einen das Bewegungsmaß in allen Richtungen er­fasst, zum Anderen eine Belastungsmessung in einer Materialtestmaschine durchgeführt werden.

Vision der Forschungsarbeiten ist die Steigerung der Lebensdauer von Implantaten durch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sowie durch die Entwicklung knochenschonender patientenindividueller Implantate. Mit Hilfe der kostengünstigen Fertigung unter Einsatz des vorgestellten Gummiziehverfah­rens soll zusätzlich die Wirschaftlichkeit individualisierter Prothesen­pfannen erhöht werden.

Kooperationspartner:

dr. A. Bouguesha, Institut für Umformtechnik und Umformmaschienen, Leibniz Universität Hannover

Prof. Dr. C. Stukenborg-Colsman, Diakoniekrankenhaus Annastift Abt.Orthopädie I, Hannover

Kliniken/Institute:
Klinik für Pferde
Klinik für Kleintiere

Projektdetails:
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.

Kliniken/Institute:
Reproduktionsmedizinische Einheit der Kliniken
Klinik für Rinder
Klinik für Kleintiere
Institut für Pathologie
Institut für Biometrie Epidemiologie und Informationsverarbeitung

Projektdetails:
TÄ Nicole Reusche

Über die Bedeutung apoptotischer und proliferativer Prozesse am pathologisch veränderten caninen Uterus ist bisher wenig bekannt. Im Schrifttum wird lediglich über deren Vorkommen und Ausprägung im gesunden Endometrium berichtet. Danach scheint es sich auch bei dieser Tierart um zyklische hormonabhängige Prozesse zu handeln mit einem Anstieg proliferativer Prozesse in der Follikelphase und einer Zunahme apoptotischer Zellen in der Lutealphase, der Endometriumreparation sowie zum Teil auch im Anöstrus.
Die Pathogenese der glandulär-zystischen Hyperplasie des Endometriums (GZEH) ist noch nicht (vollständig) geklärt. Beim Menschen gilt es als erwiesen, dass das anti-apoptotische Protein Bcl-2 an der Entstehung der zystischen Endometrium-hyperplasie beteiligt ist.
Neue Erkenntnisse werden erwartet hinsichtlich
- der Pathogenese sowie Klassifikation des sog. GZEH-Pyometra-Komplexes der Hündin.
- des Vorkommens apoptotischer und proliferativer Prozesse im zystisch veränderten Endometrium im Vergleich zum gesunden Endometrium.
- des Vorkommens der Apoptose-regulierenden Proteine Bcl-2 und Bax im gesunden und pathologisch veränderten Endometrium.

Resultate:

https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2018.03.018

Kliniken/Institute:
Fachgebiet Allgemeine Radiologie und Medizinische Physik
Anatomisches Institut

Projektdetails:
In diesem Projekt werden folgende Teilaufgaben bearbeitet:
- Erstellung virtueller, dreidimensionaler Modelle von equinen Schneidezähnen verschiedener Zahnaltersstufen zur Verwendung für die Finite-Elemente-Analyse,
- Berechnung der entstehenden Druck- und Zugspannungen in den einzelnen Zähnen sowie im Zahnhalteapparat,
- Computergestützte Simulation der Spannungsverteilungen im Schneidezahngebiss zur Aufklärung ätiopathologischer Prozesse der EOTRH (Equine Odontoclastic Tooth Resorption and Hypercementosis)

Resultate:

https://cdn.dgmp.de/media/document/1400/DGMP2015-Abstractband-final.pdf

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Carsten Staszyk, Universität Gießen

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

Kliniken/Institute:
Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung (Hannover)

Projektdetails:
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.

Resultate:

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.

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

Kliniken/Institute:
Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung (Hannover)

Projektdetails:
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.

Resultate:

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

Drittmittelprojekt: DFG, 181.795 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Parasitologie Zentrum für Infektionsmedizin

Projektdetails:
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.

Resultate:

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.