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Entwicklung und Testung neuer DNA- und Protein-basierter Multikomponentenvakzinen sowie regulatorischer Adjuvanzien gegen eine Infektion mit B. anthracis in Auszucht-Mäusen und Ziegen
(2015) Köhler, Susanne Melanie; Beyer, Wolfgang
The discovery of the Sterne spore live vaccine (SSLV) and subsequently its application in a veterinary context contributed to the global reduction of Anthrax related outbreaks since 1930. Nonetheless the causative agent Bacillus anthracis is still prevalent in some mediterranean countries, South and Central America, Africa and Central Asia, as well as the USA and Canada. Reasons for this are the persistence of the pathogen in the soil, as well as still undefined factors for an ongoing cycle of outbreak and spread of the disease and the limited applicability of the SSLV. This includes the necessity to revaccinate annually, the residual virulence in certain sensitive species (e. g. goats and llamas) and the incompatibility to treat and vaccinate simultaneously. To participate in the ongoing search for alternative vaccines this work was dedicated to evaluate protein- and DNA-based components as potential ingredients for a multi-component non-living vaccine formulation (NLV). For the protein-based NLV these included rPA83 as part of the Anthrax toxin, rBclA and Formalin inactivated spores (FIS) as spore specific antigens, a Capsule-Lipopeptide conjugate as part of the vegetative form of the pathogen and a Lipopeptide-adjuvant. The DNA-vaccines consisted of vector-backbones comprising signal sequences able to direct the integrated antigens (rPA83, PAD4LFD1 and BclAD1D3) to the MHCI, MHCII and the secretory pathway. A sperate vector encoding for a positive MHCII-regulator (CIITA) and a vector internal sequence for the Interferon-ß promotor stimulator (mIPS1) served as adjuvants for the DNA-vaccines. The majority of the groups showed detectable antibody titres against their respective antigens, with protein vaccines generally eliciting higher titres against rPA83 than the DNA-vaccines. Regarding rBclA equivalent high titres were measured for protein- and DNA-vaccines alike, which also corresponded to the anti-FIS titres for groups immunized with rBclA, FIS or both. The Capsule-Lipopeptide conjugate did not elicit high titres against the capsule, possibly due to an immune suppressing epitope. Survival rates ranged between 10 and 100 %, with full protection only achieved in a combination of all antigens including FIS. All DNA-vectors induced 30 – 50 % protectiveness when given alone. Notably DNA-vectors including BclAD1D3 elicited 50 % survival and sterile immunity. A combination of the most promising vectors encoding for toxin and spore specific antigens achieved 90 % protectiveness in mice. According to the results from the mice trials, the auspicious protein- and DNA-vaccine combinations were tested in goats in comparison to the SSLV in cooperation with our project partners in South Africa and Turkey. The efficacy of the SSLV was assessed in 3 groups which were challenged shortly after the first immunisation, one year after the first immunisation or after the revaccination. Apart from the comparison of immunogenicity and protectiveness between SSLV and NLV in goats, assessment of data concerning the titre development of SSLV-immunized goats during the course of a year as well as detailed diagnostic data during the infection (behavior, temperature, bacterial loads, correlations and minimal infective dose) were integral part of this study. Compared to one another the SSLV-immunized animals showed equal or higher antibody titres against the measured antigens, with FIS and rPA83 being the most immunogen antigens. Utilizing a higher dose (75 µg) the protein-based NLV protected equivalently to the SSLV (60 – 100 %) yielding 50 % protectiveness without FIS and 80 % if FIS was included. The DNA-vaccines showed little to no immunogenicity in goats, thus no challenge was performed on these animals. The humoral reaction against BclA was generally poor in goats, which has not been noted before and could be a basis for further improvements concerning the SSLV and NLV alike. The different immunizations with the SSLV revealed a broad range for the efficacy of the first vaccination as well as a notable difference in the antibody spectrum between first vaccination and revaccination. Together with the recorded data of the antibody titre development throughout a year a more optimal protocol for immunisation with the SSLV, possibly in combination with an NLV was postulated.
Morphological and molecular studies on cerebral and non-cerebral coenurosis in sheep and goats
(2017) Christodoulopoulos, Georgios; Mackenstedt, Ute
In dieser Forschungsarbeit wurden Isolate von Taenia multiceps als Erreger der zerebralen und nicht-zerebralen Coenurose bei Schafen und Ziegen vergleichend untersucht. Erreger von nicht-zerebraler Coenurose aus einem breiten geographischen Bereich in Afrika und Westasien wurden verglichen mit Erregern zerebraler Coenuruszysten von gesammelten Drehkrankheitsfällen aus Griechenland, wo zerebrale Coenurose häufig vorkommt, wo aber nicht-zerebrale Coenurose noch nie beschrieben wurde. Diese Forschungsarbeit enthält eine feld- und eine laborexperimentelle Komponente und beschäftigt sich mit Aspekten wie: (i) das Vorhandensein oder Fehlen von nicht-zerebraler Coenurose bei Schafen; (ii) die Beschreibung von nicht-zerebraler Coenurose im Zwischenwirt (Schafe und Ziegen); und (iii) die phylogenetische Auflösung des T. multiceps-Clusters sowie eine mögliche Erklärung, warum nicht-zerebrale Coenurose in bestimmten geographischen Gebieten unbekannt ist. Im Rahmen der Felduntersuchung wurde eine Gesamtzahl von 90,415 geschlachtete Schafe und 2,284 geschlachtete Ziegen aus Schlachthöfen der Vereinigten Arabischen Emirate (UAE) und Ägypten untersucht, die aus verschiedenen tropischen und subtropischen Ländern wie Indien, Pakistan, Iran, Oman, Sudan, Somalia und Äthiopien stammten. Die Feldarbeit umfaßte außerdem die Sammlung von zerebralen Coenurosezysten von 20 Schafen und sechs Ziegen, die vom griechischen Festland und Umgebung stammten. Im Labor wurden vier Teilstudien durchgeführt: (1) eine morphologische Untersuchung der Merkmale von nicht-zerebralen Coenurosezysten, deren Cluster und der Protoskolizes, (2) ein morphologischer Vergleich der Rostellarhaken der zerebralen und nicht-zerebralen Coenurosezysten, (3) ein morphologischer Vergleich von erwachsenen Würmern aus Hunden, die experimentell mit Protoskolizes von zerebralen und nicht-zerebralen Zysten von Schafen und Ziegen infiziert worden waren, und (4) eine molekulare Analyse von Teilsequenzen dreier mitochondrialer Gene (nad1, cox1 und 12S rRNA) der oben genannten Isolate von zerebralen und nicht-zerebralen Zysten. Die Prävalenz von nicht-zerebraler Coenurose betrug bei Ziegen 1,75% und nur 0,008% bei Schafen. Die Zysten wurden in verschiedenen Muskeln sowie an den Nieren, am Mesenterium und am Herz gefunden. Sechsundsiebzig nicht-zerebrale Coenuruszysten von Ziegen wurden gesammelt und statistisch ausgewertet. Die Anzahl der Protoskolizes korrelierte signifikant positiv mit dem Volumen von Zysten und die Anzahl von Clustern korrelierte signifikant positiv mit der Anzahl der Protoskolizes, was auf positives allometrisches Wachstum hinweist. Die Anzahl von Clustern korrelierte mit der Anzahl von Zysten, was auf ein negatives allometrisches Wachstum hinweist. Die biologische Bedeutung dieser Allometrie ist nicht bekannt, aber der Parasit investiert offenbar seine Ressourcen mehr in das Wachstum von Protoskolizes und weniger in das Wachstum von Zysten und Clustern. Die morphologischen Untersuchungen der Rostellarhaken von Protoskolizes aus zerebralen und nicht-zerebralen Zysten und die in Hunden experimentell erzeugten adulten Würmer zeigten keine Unterschiede in Bezug auf die Wirtstierart (Schafe oder Ziegen). Im Gegensatz dazu wiesen adulte Würmer, die aus der Inokulation zerebraler und nicht-zerebraler Zysten hervorgingen, deutliche morphologische Unterschiede auf. Die meisten Meßwerte der Haken und Proglottiden unterschieden sich signifikant, aber die Form der kleinen Haken, die Verteilung der Hoden in den reifen Proglottiden und das Aussehen der Spiralen des Vas deferens waren die Merkmale mit den auffälligsten Unterschieden. Diese morphologischen Unterschiede fallen allerdings in den Bereich der Variationen von T. multiceps. Die phylogenetische Analyse der mitochondrialen Haplotypen ergab drei distinkte Cluster: eines, das sowohl zerebrale Isolate aus Griechenland als auch nicht-zerebrale Isolate aus tropischen und subtropischen Ländern umfaßte, und zwei Cluster, die ausschließlich aus zerebralen Isolaten aus Griechenland bestanden. Die meisten der nicht-zerebralen Proben gruppierten zusammen, bildeten aber keine monophyletische Gruppe. Dasselbe gilt für geographische Aspekte, obwohl Proben aus derselben Region zu Clustern tendierten. Die Daten zeigten eine hohe intraspezifische Diversität. Die Ergebnisse dieser Studie unterstützen den Zusammenhang zwischen genetischer Identität der T. multiceps-Isolate und der geographischen Herkunft, und führten zum Vorschlag einer neuen Hypothese zum Vorkommen von zerebralen und nicht-zerebralen Formen. Unsere phylogenetische Analyse legt nahe, daß die Entwicklung der zerebralen Coenuri bei Schafen eine ursprüngliche Eigenschaft von T. multiceps sein könnte. Alle Varianten wären damit in der Lage, zerebrale Coenurose bei Schafen zu verursachen, wogegen nur einige Varianten, vor allem aus einem genetischen Cluster, sekundär die Fähigkeit erworben haben, das Gehirn von anderen Arten (Ziegen und Rindern) zu befallen, sowie nicht-zerebrale Formen (vor allem in Ziegen) hervorzubringen. Unsere phylogenetische Analyse zeigt somit eindeutig eine molekulare Basis für nicht-zerebrale Pathogenität innerhalb der Art T. multiceps. Spezifische Biosicherheitsmaßnahmen sollten daher erwogen werden, um die Einführung von T. multiceps Varianten mit einer solchen Pathogenität zu verhindern.
Optimizing community-based breeding for indigenous goat breeds in Ethiopia
(2016) Belete, Tatek Woldu; Valle Zárate, Anne
Ziegen sind für arme Kleinbauern in rauen und trockenen Regionen wesentliche Quellen für Fleisch, Milch, Dünger, Einkommen und soziale Sicherheit. Die Zahl der Ziegen in Äthiopien stieg im letzten Jahrzehnt deutlich schneller an als die Zahl der Schafe und Rinder. Trotz des derzeitig starken Anstiegs, ist der Beitrag der Ziegen zur nationalen Fleischproduktion sowie zu den Exporteinnahmen gering. Zusätzlich blieb die Schlachtausbeute der lokalen Ziegen im letzten Jahrzehnt unter dem ostafrikanischen und dem Weltdurchschnitt. Langsame Wachstumsraten der Ziegen, hohe Sterblichkeitsraten und geringe Verkaufsraten zählen zu den größten Herausforderungen für die kleinbäuerliche Ziegenhaltung in Äthiopien. Ein vielversprechender Ansatz, um einige dieser Einschränkungen zu überwinden, ist die Gestaltung eines nachhaltigen, dörflichen Zuchtprogramms (CBBP), das sowohl lokale Rassen als auch Merkmalspräferenzen der Landwirte und regionale Zuchtorganisationen berücksichtigt. Unverzichtbar für die Gestaltung und Umsetzung der CBBPs ist einerseits das Verständnis der vielfältigen Funktionen der Ziegen über die verschiedene Produktionssysteme hinweg und die Identifizierung der Zuchtzielmerkmale und deren relative ökonomische Bedeutung andererseits. Zur Bestimmung der Zuchtzielmerkmale und der Feststellung des jeweiligen ökonomischen Wertes wurden bislang Choice Experiments (CE) eingesetzt. Derzeit sind jedoch nur begrenzt Informationen, die ein umfassendes Verständnis der Merkmalspräferenzen aus Sicht der Produzenten und des Marktes bieten, verfügbar. Nachhaltige Programme für eine genetische Verbesserung fokussieren zusätzlich nicht nur auf die technische Umsetzbarkeit, sondern analysieren auch die organisatorischen Aspekte des Züchtungsschemas unter bestimmten Rahmenbedingungen. Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist es, zur Gestaltung eines optimierten dörflichen Ziegenzuchtprogramms, welches die vielfältigen Funktionen der Ziegen, die Merkmalspräferenzen der Produzenten, die Marktanforderungen, die organisatorischen Rahmenbedingungen und die vielfältigen Ziegenproduktionssysteme berücksichtigt, beizutragen. Die spezifischen Ziele sind (i) die Bestimmung der Faktoren, die den Beitrag der Ziegenhaltung zum ökonomischen Erfolg und der Nahrungsmittelvielfalt des Haushaltes in drei Ziegenproduktionssystem beeinflussen, (ii) die Evaluierung der Ziegenzuchtziele und der ökonomischen Werte der Merkmale, basierend auf offenbarten und angegebenen Präferenzen und (iii) die Bestimmung der wichtigsten Interessensvertreter, organisatorischen Netzwerke und weiteren Organisationselementen und deren Einfluss auf die Einrichtung und das erfolgreiche Betreiben einer dörflichen Ziegenzüchtung. Die Studie wurde in den Bezirken Abergele, Konso und Meta Robi in Äthiopien durchgeführt. Diese repräsentieren aride agro-pastorale (AAP), semi-aride agro-pastorale (SAAP) und gemischte Ackerbau-Viehhaltungs-Systeme des Hochlands (HMCL). Die Interviews umfassten 180 Haushalte, die mittels teilstrukturierter Fragebögen durchgeführt wurden. Die Befragung zielte auf das Einkommen und die Kosten der bedeutendsten landwirtschaftlichen Aktivitäten sowie die Ernährungsvielfalt der Haushalte ab. Bruttogewinn (GM) und Nettogewinn (unter Berücksichtigung materieller und immaterieller Vorteile) wurden als Indikatoren für den ökonomischen Erfolg der Ziegenhaltung verwendet. Zur Analyse der Faktoren, die den ökonomischen Erfolg der Ziegenhaltung beeinflussen, wurde ein lineares gemischtes Modell verwendet. Eine ordinale Regression wurde zur Prognose der Effekte der sozioökonomischen Variablen auf die Ernährungsvielfalt der Haushalte benutzt. Mittels eines Choice Experiments, das 360 Ziegenhalter umfasste, wurden deren Merkmalspräferenzen über die verschiedenen Ziegenproduktionssysteme hinweg bestimmt. Um die offenbarten Präferenzen (RP) der Käufer für Ziegenmerkmale zu verstehen, wurden außerdem Marktdaten von 796 Ziegenverkäufen erfasst. Zusammenhänge zwischen Eigenschaften und Preise der Ziegen wurden durch hedonische Modellierungen bewertet, während ökonomische Werte der Merkmale inklusive des CE durch ein Conditional Logit (CL) Modell beurteilt wurden. Der Teilnutzwert eines Merkmals gibt die relative Wichtigkeit eines Merkmals an. Er wurde basierend auf den impliziten Preisen, die Landwirte für eine Verbesserung des Merkmals bereit waren zu bezahlen (WTP) berechnet. Die Ökonometrie-Software NLOGIT 4.0 wurde zur Analyse der CE und RP Daten verwendet. Die Organisation kleinbäuerlicher Ziegenzucht von dörflicher bis zu nationaler Ebene wurde auf Basis von sechs Fokusgruppen-Diskussionen mit 68 Ziegenhaltern, Befragungen wichtiger Akteure (aus zehn öffentlichen und sieben privaten Instituten) und der sozialen Netzwerkeanalyse (SNA) der Ziegenhaltung und Marketingstrukturen ermittelt. Die Daten aus den Befragungen wichtiger Akteure wurden mittels deskriptiver Statistik analysiert. Social Network Visualizer (SocNetV) wurde zur Visualisierung der sozialen Netzwerkstrukturen verwendet. Ziegenhalter die in einer rauen Region leben, repräsentiert durch das AAP System, hatten signifikant geringere Ziegenverkäufe als diejenigen in SAAP und HMCL Systemen. Die Wechselwirkung zwischen Herdengröße und Produktionssystem beeinflusste signifikant (P<0.001) den Nettogewinn der Ziegenhaltung. Die Steigerung des Nettogewinns durch die Haltung größerer Herden war im AAP System, aufgrund größerer materieller und immaterieller Vorteile der Ziegen in diesem System, höher. Im Gegensatz dazu hatten Ziegenhalter im HMCL System höhere Ziegenverkaufsraten und tendierten dazu Zicklein (< 1 Jahr) eher zu verkaufen als ausgewachsene Ziegen. Der Effekt der Herdengröße als Einflusswert für die Ernährungsvielfalt des Haushaltes war in keinem der untersuchten Produktionssystemen signifikant. Dennoch wurde eine signifikante, positive Korrelation zwischen dem Einkommen aus der Ziegenhaltung und der Ernährungsvielfalt in AAP Systemen festgestellt, die auf eine indirekte Rolle der Ziegenhaltung für die Ernährungssicherheit hinweist. Ergebnisse der offenbarten und angegebenen Präferenzstudien zeigten, dass Ziegenhalter in allen Produktionssystemen großen Nutzen von großen Körpergrößen der Ziegen ableiten und Käufer einheitlich höhere Preise für Ziegen mit höherem Körpergewicht bezahlten. Im AAP System wurden hohe ökonomische Werte für Anpassungsmerkmale wie Krankheitsresistenz sowohl für Böcke als auch für Zicken bestimmt. Ziegenzüchter in diesem System waren bereit, für Böcke mit hohem Krankheitsresistenzvermögen nahezu dreimal so viel zu bezahlen wie Züchter in SAAP und HMCL Systemen. Dieses Merkmal wurde jedoch in der Selektion von weiblichen Zuchtziegen im HMCL System nicht als maßgeblicher Faktor betrachtet. Ziegenhalter im HMCL System waren bereit für Zicken mit hoher Zwillingsrate mehr zu bezahlen als Ziegenhalter in den AAP und SAAP Systemen. Ergebnisse der Zuchtorganisationsanalyse zeigten, dass eigene und dörfliche Herden die Hauptquellen für die Ziegenzüchtung in allen Regionen sind. Im AAP System haben jedoch auch NGOs und Forschungszentren Zuchtziegen für die Ziegenhalter gestellt. Die ermittelten bäuerlichen Organisationen, die mit Ziegenhaltung und Marketing verknüpft sind, beinhalteten auch multifunktionale Genossenschaften sowie bäuerliche Entwicklungsgruppen und Netzwerke. Die multifunktionalen Genossenschaften im AAP System waren in mehr Marketingaktivitäten eingebunden als in den SAAP und HMCL Systemen. Wichtige Akteure wie Forschungsinstitute und NGOs fehlten im HMCL System. Die SNA zeigte, dass die Beratungsbeamten der Gebiete die höchsten Werte für Grad und Verbundenheit der Zentralität haben, was auf deren vertrauensvolle Beziehung mit den Ziegenhaltern und die beste Erreichbarkeit hindeuten. Die höheren materiellen und immateriellen Vorteile der Ziegen im AAP System verbunden mit höheren ökonomischen Werten, aufgrund der höheren Bewertung der Anpassungsmerkmale, weisen auf die Notwendigkeit der Einbeziehung von Überlebensmerkmalen zusätzlich zu den Leistungsmerkmalen hin für die Formulierung der Zuchtziele in rauen, trockenen Regionen. In den gemischten Pflanzenbau-Viehhaltungs-Systemen ist die Erzeugung von Bareinnahmen durch erhöhte Ziegenverkaufsraten die herausragende Priorität der Ziegenhalter und die Zwillingsrate der Ziegen hat einen hohen Stellenwert. In diesem System sollte die Verbesserung der Fortpflanzungsfähigkeit und die Steigerung der Anzahl der vermarktungsfähigen Ziegen anvisiert werden. Jedoch erschweren die geringe institutionelle Präsenz und die unwesentliche ökonomische Rolle der Ziegen in HMCL und SAAP Systemen die Umsetzung des CBBP wohingegen die aktive institutionelle Unterstützung und die besseren Vermarktungsmöglichkeiten in den AAP Systemen ein Ziegen CBBP vielversprechender macht. Vor allem Beratungsbeamte der Bezirke sollten aufgrund ihrer herausragenden Rolle in den sozialen Netzwerken eine Rolle als Wegbereiter und Verbindungsperson bei der Gründung und im Betreiben der CBBPs übernehmen.