Forschung

Drittmittelprojekt: BMBF, 95.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie
Institut für Pathologie

Projektdetails:
Das MERS-CoV (Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus) ist die Ursache einer schweren und oft auch tödlich verlaufenden Atemwegserkrankung beim Menschen. Da das Virus natürlicherweise im Dromedar zirkuliert, welches vor allem auf der Arabischen Halbinsel ein sehr bedeutsames Nutztier mit engen Kontakt zum Menschen ist, stellt das Virus eine große Herausforderung als zoonotisches Pathogen dar. Dromedare scheiden das Virus in großen Mengen mit Ex- und Sekreten aus, sodass eine Übertragung auf den Menschen sehr produktiv ist, wohingegen die Mensch-zu-Mensch-Übertragung weniger epidemiologisch bedeutsam ist.
Um die derartige Infektionskette zu unterbrechen und um den Menschen vor einer Infektion zu schützen, ist es demnach von Bedeutung, die Virusausscheidung des natürlichen Virusreservoirs und damit des Dromedars zu verhindern. Die hierbei vielversprechendste Methode scheint die wirksame Vakzinierung des Dromedars als natürlicher Viruswirt zu sein.
Bei dem zu untersuchenden Impfstoff handelt es sich um MVA-MERS-S. Hierbei wird das Gen des S Proteins von MERS-CoV in das Genom von MVA (Modifiziertes Vaccinia Virus Ankara) eingebaut, sodass dieses replikationsdefiziente und als sicher getestetes Vektorvirus das MERS CoV S Protein exprimiert und so voraussichtlich zu einer Immunität des Dromedars gegen MERS CoV führt.
Das Ziel des Projektes besteht darin, die Immunogenität und protektive Wirksamkeit des Impfstoffes im Dromedar zu überprüfen. Dabei wird die bestwirksamste Applikationsroute des Impfstoffes ermittelt, das Level und die Langlebigkeit der Immunantworten (inklusive T Zellen), welche aufgrund der Vakzinierung induziert werden, charakterisiert und letztlich die Fähigkeit des Impfstoffes eine Virusausscheidung zu verhindern, untersucht.

Drittmittelprojekt: BMBF, 114.582 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie

Projektdetails:
Obwohl auf Genomebene in Fledertieren eine Vielzahl von Viren nachgewiesen wurden, gibt es nur eine geringe Zahl, die in Form infektiöser Virusisolate vorliegen. Da der Nachweis von Fledertierviren sehr häufig aus Kotproben erfolgt, sollten differenzierte Darmzellen die Zielzellen vieler dieser Viren sein, weshalb sie für die Isolierung von Fledertierviren aus Kotproben besonders geeignet erscheinen.
Ziel des Projektes ist die Etablierung eines Kultursystems bestehend aus intestinalen Organoiden von Fledermäusen, mit dem es ermöglicht werden soll, Fledermausviren zu isolieren und ihre Vermehrungseigenschaften sowie ihr zoonotisches Potential näher zu charakterisieren.

Resultate:

https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.03098-22

Drittmittelprojekt: Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur , 3.452 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie
Research Center for Emerging Infections and Zoonoses
Institut für Virologie

Projektdetails:
Das Ziel war es eine Lehrveranstaltung zu dem Thema "Basistraining zur Anwendung der Fluoreszenzmikroskopie" für Studierende der Biologie und der Veterinärmedizin über das Dokumentationssystem in der TiHo-Moodle-Plattform zu erstellen. Dieses Modul kann für die Studierenden im Selbststudium erarbeitet werden. Es wird unterlegt durch Texte, Videos und fachspezifischen Fragen, die nach Bearbeitung und Sicht der Videos beantwortet werden müssen. Wesentliche Teile der Inhalte werden auch als zusammenfassende Einheiten als OER im Portal Twillo online gestellt und eignen sich insbesondere für Studierende aus naturwissenschaftlichen Studiengängen, Schüler:innen sowie Auszubildende (tier-)medizinischer Berufe.

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 317.250 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie

Projektdetails:
Das Genus Pestivirus gehört zur Virusfamilie Flaviviridae und beinhaltet RNA Viren von herausragender Relevanz, wie zum Beispiel das Virus der Bovinen Virusdiarrhöe (BVDV) und das Virus der Klassischen Schweinepest (KSPV), die Auslöser für anzeigepflichtige Tierseuchen sind. Über viele Jahrzehnte ist man davon ausgegangen, dass Pestiviren ausschließlich Paarhufer (Ungulaten) infizieren können. Vor kurzem sind jedoch auch bei Nicht-Ungulaten Wirten (Ratten und Fledermäusen) neuartige Pestiviren gefunden worden. Diese Viren besitzen den für klassische Pestiviren typischen Genomaufbau, sind jedoch genetisch sehr unterschiedlich. Offenbar handelt es sich hierbei um eine ganze Gruppe neuartiger Pestiviren über deren biologische Eigenschaften bislang keine Erkenntnisse vorliegen. Auch in Schweinen konnte ein solcher neuartiger Erreger identifiziert werden und wurde vorläufig als "atypisches porzines Pestivirus" (APPV) bezeichnet. Eigene Arbeiten sowie auch die Untersuchungen anderer Gruppen zeigen, dass ein Zusammenhang mit neurologischen Symptomen bei neugeborenen Ferkeln (kongenitaler Tremor) besteht. Eine Beteiligung an weiteren Erkrankungen (z.B. Unfruchtbarkeit, Abort, neonatalen Missbildungen) wird diskutiert und erscheint wahrscheinlich.
Trotz eines recht breiten Zelltropismus in infizierten Schweinen ist es problematisch, APPV auf den für KSPV etablierten porzinen Zelllinien zu isolieren und zu vermehren. Die schließlich erfolgreiche Isolierung sowie die Adaptation des Erregers an Kulturbedingungen liefern nun die Voraussetzungen für weitere in vitro Studien. Vorarbeiten zu diesem Projekt liefern starke Hinweise, dass es offenbar maßgebliche Unterschiede im Zelleintritt von APPV und KSPV gibt. Die Bindung des Erregers und der nachfolgende Eintritt in die Wirtszelle sind entscheidende Schritte im viralen Infektionszyklus und damit oftmals relevant auch in der Pathogenese viraler Erkrankungen. Vor diesem Hintergrund soll der Eintrittsmechanismus von APPV und porzinen Pestiviren näher untersucht werden. Ziel des Forschungsprojekts ist die Identifizierung und Charakterisierung molekularer Determinanten für den Eintritt von porzinen Pestiviren wie APPV und KSPV in die Wirtszelle. Im Einzelnen werden die Prozessierung der viralen Hüllproteine von APPV, sowie deren Beteiligung an der Bindung und dem Eintritt in die Wirtszelle adressiert. Mittels gentechnisch modifizierter Zelllinien soll näher charakterisiert werden, welche Bedeutung unterschiedliche Wirtszellproteine haben, bei denen eine Beteiligung am Viruseintritt vermutet wird. Ferner soll untersucht werden, inwieweit die Bindung an die Zielzelle den Gewebs- und Wirtstropismus von APPV bestimmt.
Die Kenntnis der Schlüsselfaktoren für Eintritt von APPV in die Wirtszelle kann einen wertvollen Beitrag leisten, die Biologie dieses neuartigen Erregers zu verstehen. Des Weiteren soll die Studie Einsichten in den komplexen, wahrscheinlich mehrstufigen Prozess des Zelleintritts von porzinen Pestiviren wie APPV und KSPV liefern. Auf Basis der neuen Erkenntnisse sollen sich weiterführende Arbeiten mit den molekularen Determinanten des Wirts- und Zelltropismus, den Virulenzeigenschaften von Pestiviren und den Pathogenitätsmechanismen pestiviraler Infektionen beschäftigen.

Resultate:

Publikationen aus diesem Projekt:

https://journals.asm.org/doi/10.1128/JVI.02186-20

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/22221751.2021.2011620

Neben diesen Studien zur Bedeutung des Wirtszellfaktors CD46 für den Zelleintritt wurden weitere zelluläre Faktoren identifiziert, die offenbar eine bedeutende Rolle für den Zelleintritt von Pestiviren spielen. Die weitere Untersuchung dieser Faktoren erfolgt in einem DFG-geförderten Fortsetzungsprojekt.

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 199.450 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Pathologie
Institut für Virologie

Projektdetails:
Der Respirationstrakt ist eine häufige Eintrittspforte für Krankheitserreger. Das Hundestaupevirus (CDV) sowie das nahverwandte Masernvirus müssen die Barriere des Atemwegsepithels überwinden, um zu ihren Zielzellen, den Immunzellen, zu gelangen. Nectin-4, der einzige bekannte Rezeptor für beide Viren auf Epithelzellen, ist ein basolaterales Protein. Nach Aufnahme werden die Morbilliviren von polarisierten Zellen des respiratorischen Epithels über die apikale Membran freigesetzt, gelangen in die Luftwege und können so den Wirt verlassen. Es ist bislang nicht bekannt wie das CDV im Anfangsstadium der Infektion die Barriere des Atemwegsepithels überwindet und in den Wirt eindringt. In dem geplanten Projekt soll daher mittels Präzisionslungenschnitten und Air-liquid-interface-Kulturen differenzierter respiratorischer Zellen analysiert werden, wie CDV das respiratorische Epithel überwindet und subepitheliale Zielzellen infiziert. Hierbei werden die infizierten Zelltypen, der Infektionsverlauf, zytopathogene Effekte und die Regeneration des Epithels in beiden Kultursystemen näher charakterisiert. Der Einsatz von CDV-Mutanten, die Defekte in der Rezeptorerkennung aufweisen (SLAM-blinde und Epithelzell-Rezeptor-blinde CDV), ermöglicht hierbei gezielte Aussagen über das Spektrum der infizierbaren Zellen und die Effizienz der Infektion. Als zweite Möglichkeit des Überwindens der Epithelbarriere wird untersucht, ob CDV über die parazelluläre Route eindringen kann. Außerdem wird der Einfluss verschiedener Umweltfaktoren, von denen bekannt ist, dass sie die Verbindung zwischen Epithelzellen (tight junctions) öffnen, auf den Infektionsverlauf ermittelt. Zusätzlich soll geklärt werden, ob infizierte Makrophagen oder dendritische Zellen bei der Überwindung der Epithelzellbarriere als Vektoren fungieren und so bei der Ausbreitung der Infektion behilflich sind. In weiteren in vitro-Experimenten wird mittels Zytokinexpressionsanalysen bestimmt, welche Auswirkung die CDV-Infektion auf immunologische Funktionen in der Lunge hat. Im Rahmen der CDV-Infektion des Atemwegepithels soll außerdem der Einfluss einer Co-Infektion (Bordetella bronchiseptica) untersucht werden. Das Projekt wird entscheidend für das Verständnis der Pathogenese der CDV-Infektion beitragen. Es wird auch hilfreich sein für das Verständnis anderer Viren, die den Respirationstrakt als Durchgangsstation benutzen, um in ihren Wirt einzudringen.

Drittmittelprojekt: Niedersächsische Tierseuchenkasse, Hannover, 72.750 EUR

Kliniken/Institute:
Klinik für Rinder
Klinik für kleine Klauentiere und forensische Medizin / Ambulatorische Klinik
Institut für Virologie

Projektdetails:
Vereinzelt wurden im Blut von Milchkühen aus Betrieben Niedersachsens Hemoplasmen (Mykoplasma wenyonii, Cand Mykoplasma hemobos) sowie Hepaciviren nachgewiesen. Bislang sind Prävalenz, Bedeutung für die Milchviehgesundheitheit und Übertragungswege von Hemoplasmen nicht hinreichend bekannt. Auch sind die Übertragungswege von Hepaciviren nicht untersucht. Ziel der Studie ist daher die Prävalenz von Hemoplasmen und deren Bedeutung für die Gesundheit von Milchkühen abzuschätzen. Ferner soll geprüft werden, ob bei infizierten Tieren intrauterine Übertragungen von Hepaciviren und Hemoplasmen auf die Nachkommen vorkommen.

Kooperationspartner:

Dr. Bernd Hoffmann, Institut für Virusdiagnostik, Friedrich Loeffler Institut, Insel Riems

Dr. Mark Holsteg, Rindergesundheitsdienst Nordrhein-Westalen, Bad Sassendorf

Prof. Dr. Wolfgang Hölzle,Fakultät Agrarwissenschaften der Universität Hohenheim, Infektions- und Umwelthygiene bei Nutztieren, Stuttgart/Hohenheim

Drittmittelprojekt: Industrie (Veterinärpharmazeutika und Impfstoffe), 489.252 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie

Projektdetails:
Die Impfstoffentwicklung gegen COVID-19 ist von höchster Dringlichkeit, wofür es jedoch zunächst einiger prä-klinischer Experimente bedarf, bevor Studien im Menschen angewandt werden können. MVA-SARS-CoV-2 Impfstoffe sollen hierfür im Tiermodell auf Sicherheit und Immunogenität getestet werden. Dabei soll das Hamstermodell im Vordergrund stehen, da Hamster ein ähnlich aufgebautes ACE-2 Protein exprimieren und sich darüber hinaus schon in der SARS-CoV-1 Forschung als Tiermodell bewährt haben.

Drittmittelprojekt: DZIF, 200.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie

Projektdetails:
Die Impfstoffentwicklung gegen COVID-19 ist von höchster Dringlichkeit, wofür es jedoch zunächst einiger prä-klinischer Experimente bedarf, bevor Studien im Menschen angewandt werden können. MVA-SARS-CoV-2 Impfstoffe sollen hierfür im Tiermodell auf Sicherheit und Immunogenität getestet werden. Dabei soll das Hamstermodell im Vordergrund stehen, da Hamster ein ähnlich aufgebautes ACE-2 Protein exprimieren und sich darüber hinaus schon in der SARS-CoV-1 Forschung als Tiermodell bewährt haben.

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn, 349.450 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie

Projektdetails:
Schweine spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung pandemischer Influenza-A-Viren (IAV), die sich weltweit ausbreiten und mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität verbunden sind. Dabei handelt es sich gewöhnlich um Reassortanten mit Gensegmenten aus aviären, porzinen oder humanen IAV. Reassortanten entstehen, wenn Atemwegszellen von zwei verschiedenen Viren infiziert werden. Schweine gelten als der wahrscheinlichste Wirt für die Entstehung pandemischer Viren. Wegen dieser Rolle bei der Interspezies-Übertragung von aviären IAV auf Menschen werden Schweine auch als "Mischgefäß" bezeichnet. Früher dachte man, dass porzine Atemwegszellen Bindungsstellen sowohl für porzine/humane IAV (alpha2,6-gebundene Sialinsäuren) als auch für aviäre IAV (alpha2,3-Bindungstyp) enthalten und sich deshalb mehr als menschliche Zellen für Co-Infektionen durch aviäre und humane/porzine IAV eignen. Mittlerweile weiß man jedoch, dass die Sialinsäureverteilung im Respirationstrakt von Mensch und Schwein sehr ähnlich ist. Meine Hypothese lautet, dass porzine Atemwegszellen, die sich von einer IAV-Infektion regenerieren, sich bestens eignen für Co-Infektionen durch IAV. In der Regenerierungsphase differenzieren die Basalzellen zu spezialisierten Zelltypen. In dieser Zeit haben die Zellen noch keine Zilien und sind in der mukoziliären Abwehrfunktion beeinträchtigt. Außerdem ist die Sialinsäureverteilung intermediär zu der von Basalzellen (2,3-Bindungstyp) und enddifferenzierten Epithelzellen (2,6-Bindungstyp), d.h. sie enthalten Sialinsäuren in beiden Bindungstypen.
Zur Bestätigung meiner Hypothese werde ich "Air-liquid-Interface"-Kulturen von ausdifferenzierten porzinen Atemwegszellen anwenden, um die Mono-Infektion durch porzine und aviäre IAV zu vergleichen. Im zweiten Schritt werden respiratorische Epithelzellen, die sich von einer IAV-infektion erholen, charakterisiert, wobei der Fokus auf den Sialinsäuren liegt. Neben einer Färbung mit Lektinen werden Bindungsversuche mit verschiedenen IAV durchgeführt, um herauszufinden, inwieweit sich enddifferenzierte und regenerierende Zellen hinsichtlich der Bindungsstellen für humane, porzine und aviäre IAV unterscheiden. Im dritten Abschnitt wird die Co-Infektion von porzinen Atemwegszellen durch porzine und aviäre IAV untersucht. Zwei Co-Infektion-Szenarios werden verglichen: (i) das aviäre und das porzine IAV werden gleichzeitig zu ausdifferenzierten Atemwegsepithelzellen gegeben; (ii) Infektion durch aviäres IAV erfolgt mit Zellen, die sich nach Infektion durch porzine IAV in der Regenerierungsphase befinden. Abschließend wird die Reassortierungsrate der beiden Co-Infektionsbedingungen bestimmt. Außerdem werden ausgewählte Viren hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht, humane Atemwegszellen zu infizieren.
Meine Ergebnisse werden neue Einblicke in die Co-Infektion von Atemwegsepithelzellen durch aviäre und porzine/humane IAV bringen und so helfen, die Entstehung pandemischer Influenzaviren besser zu verstehen.

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgemeinschaft Bonn, 221.200 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Virologie

Projektdetails:
Bei Atemwegsinfektionen von Mensch und Tier lassen sich häufig mehr als ein Erreger nachweisen. Sekundäre Infektionen können den Krankheitsverlauf erschweren. Die grundlegenden molekularen Interaktionen zwischen Erregern und Wirt bei Co-Infektionen sind aber nur wenig untersucht. Um ein in vitro Co-Infektionsmodell zu benutzen, das möglichst nahe an die in vivo-Situation heranreicht, haben wir ein "Air-liquid-interface"-Kultursystem für porzine Atemwegszellen etabliert und damit die Influenzavirus-Infektion differenzierter respiratorischer Epithelzellen untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Infektion zu einem Verlust der zilientragenden Zellen führt. Der Verlust wird kompensiert durch Basalzellen, die zu spezialisierten Zellen differenzieren. Diese Zellen halten die Barrierefunktion des Epithels aufrecht, verfügen über eine längere Zeitspanne über keine Zilien. Deshalb können sie nicht zum Reinigungssystem der Atemwege beitragen. Außerdem haben die noch nicht enddifferenzierten Zellen ein anderes Expressionsmuster von Oberflächenproteinen. Daraus folgt unsere Arbeitshypothese, dass die in der Regeneration befindlichen Infektionsherde besonders anfällig für Sekundärinfektionen sind. Im beantragten Projekt wollen wir deshalb untersuchen, wie anfällig Atemwegsepithelzellen nach einer Influenzavirus-Infektion für Sekudärinfektionen sind. Dabei werden wir uns in unserem fokussierten Projekt auf virale Sekundärfektionen beschränken.

In der ersten Phase des Projekts wird durch verschiedene Methoden untersucht, in welchem Ausmaß beim porzinen Atemwegsepithel während der Regeneration nach einer Influenzavirus-Infektion sich die Oberflächenproteine ändern. Unser besonderes Augenmerk gilt einem Virusrezeptor, der porzinen Aminopeptidase N (pAPN), die als Rezeptor für das porzine respiratorische Coronavirus (PRCoV) fungiert. Danach wird vergleichend analysiert, wie sich eine Vorinfektion durch Influenzaviren auf eine nachfolgende Infektion durch PRCoV auswirkt. Die zweite Modellinfektion betrifft das Virus des porzinen reproduktiven und respiratorischen Syndroms (PRRSV). Dieses Virus nutzt Makrophagen als primäre Zielzellen. Wir werden untersuchen, inwieweit nach einer Influenza-Infektion die Adhärenz der PRRSV-infizierten Makrophagen an das Atemwegsepithel gesteigert wird und ob die adhärierenden Makrophagen die PRRSV-Infektion über die Barriere des Atemwegepithels hinweg verbreiten können. Schließlich wird noch untersucht, ob die mit Schweinezellen erhaltenen Ergebnisse auch für humane Zellen Gültigkeit haben.
Die Ergebnisse werden zeigen, inwieweit sich nach einer Influenzavirus-Infektion die Infektionsbedingungen für Sekundärerreger verbessern. Dadurch erwarten wir eine Vertiefung der Kenntnisse über die Interaktionen zwischen Erreger und Wirt bei Co-Infektionen.