Gesundheitszustand und Krankheiten von Wildtierpopulationen

Einige Krankheiten kommen nur bei einer bestimmten Tierart oder nur unter bestimmten Umweltvoraussetzungen vor, während andere erst durch das Vordringen des Menschen in ehemals unberührte Wildtierhabitate auftreten. Die Wirkung eines Pathogens auf einen Organismus folgt dabei keinem starren Muster, sondern besteht aus einem komplexen System von Interaktionen mit dem Immunsystem des Wirtes oder Interaktionen zwischen verschiedenen mikrobiellen Erregern. Aus diesem Grund sind Untersuchungen dieser Wechselbeziehungen auch ausschlaggebend für das Verständnis von Dynamiken in Wildtierpopulationen.

Pathologische, histologische, immuno-histochemische, elektronenmikroskopische und mikrobiologische Untersuchen von Krankheiten

Bei Untersuchungen zum Gesundheitszustand und den Krankheiten von Wildtieren konzentrieren wir uns vor allem auf frei lebende Wildtierarten von regionaler Bedeutung. Unter anderem zählen hierzu die Fledermäuse, die weltweit die zweitgrößte Säugetiergruppe darstellen und dennoch überraschenderweise in derartigen Studien bisher stark vernachlässigt wurden.

Während die Erforschung der Fledermausbiologie oder der Rolle von Fledermäusen als Träger von zoonotischen Infektionserregern weit fortgeschritten ist, ist das Wissen über Fledermauskrankheiten, die mit solchen Krankheiten assoziierten Erreger oder das Immunsystem dieser Tiere immer noch sehr eingeschränkt. Wir beschäftigen uns daher mit der Untersuchung von Infektionserkrankungen von Fledermäusen und deren Einfluss auf die Gesundheit der gefährdeten europäischen Fledermausarten. Dazu gehören unter anderem auch Untersuchungen zum Auftreten des Pilzes des sogenannten „Weißnasensyndroms“ winterschlafender Fledermäuse, wissenschaftlich bekannt als Pseudogymnoascus destructans. Weiter interessieren wir uns für Dynamiken von Infektionskrankheiten, wie zum Beispiel saisonale Veränderungen oder physiologische Unterschiede, die die Immunantwort und Pathogen-Empfänglichkeit der Fledermäuse beeinflussen. Ziel ist es, die komplexe Interaktion von Infektionserregern und ihrem Wirtsorganismus besser verstehen zu können. Unsere Projekte werden in enger Kooperation mit Fledermausforschern und Aktiven in Fledermausschutz und –pflege in Deutschland und  Europa durchgeführt.

Einheimische Raubtiere wie Rotfuchs (Vulpes vulpes), fremde, invasive Arten wie der Waschbär (Procyon lotor) oder vormals ausgestorbene und jetzt wiederkehrende Arten wie Eurasischer Wolf (Canis lupus) oder Eurasischer Luchs (Lynx lynx) besetzen ein breites Spektrum an Lebensräumen, angefangen von Wäldern über ländliche Räume bis hin zu innerstädtischen Bezirken. An acht Karnivorenarten werden regelmäßig pathologische Untersuchungen durchgeführt. Zusätzlich wird das Vorkommen bestimmter Parasiten (z.B. Fuchsbandwurm oder Baylisascaris procyonis) sowie bakterieller oder viraler Erreger (z.B. Staupevirus) bestimmt.

Belastung („Stress“) und Immunsystem

Der circadiane Rhythmus kann als eine Art Kontrollprogramm beschrieben werden, das dem gesamten Organismus erlaubt, sich auf periodische Änderungen der Umweltbedingungen einzustellen. Genaue und fein aufeinander abgestimmte Synchronien zwischen dem Wechselspiel verschiedener physiologischer und verhaltensbedingter Körperfunktionen sind charakteristisch für ein gesundes, ungestört lebendes Tier. Äußere (z.B. plötzliche Umweltveränderungen, Jagd, Konflikte mit Artgenossen) oder innere Belastungen (z.B. Brunft, Krankheit) wirken als Störfaktoren in diesem Regelsystem und damit als Störung des harmonisch geregelten Rhythmusgefüges. Um die Korrelation zwischen verschiedenen physiologischen und verhaltensbedingten Parametern beschreiben zu können, wurde von uns ein chronobiologisches Verfahren entwickelt, das die Frequenzstruktur verhaltensbedingter Rhythmik quantifizieren kann.

Damit können wir analysieren, wie verschiedene Arten und Situationen von Belastungen die typischen Verhaltensweisen von Tieren im Laufe eines Tages beeinflussen, können die Lebensverhältnisse von Wildtieren einschätzen und ihre Belastungssituationen bewerten, die zum Beispiel bei der Jagd oder beim Transport dieser Tiere auftreten. Beispielsweise wurde der Transport von Przewalski-Pferden von einem Zoo in ein großes Freigehege sowie die anschließende Eingewöhnungsphase der Tiere beobachtet.

Auf Belastungssituationen reagieren Tiere  nicht nur mit Verhaltensänderungen, sondern auch mit Veränderungen ihrer Physiologie, zum Beispiel durch die Ausschüttung von bestimmten Hormonen (Glucocorticoiden). Die energetischen Kosten für diese Reaktionen werden von Forschern in der englischen Fachsprache als „allostatic load“ bezeichnet, was man mit „kumulativer Stressbelastung“ übersetzen könnte. Ein Beispiel für langfristige Stressbelastung ist die Rivalität um soziale Dominanz und Zugang zu mütterlicher Milch, die zwischen den Geschwistern von Zwillingswürfen bei Tüpfelhyänen auftritt. Wir untersuchten den Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Glucocorticoiden und dem Dominanz- und Hungerstatus der Zwillingsgeschwister. Wir fanden heraus, dass die dominanten Geschwister niedrigere Glucocorticoid-Konzentrationen aufwiesen als die untergeordneten, und dass die Stressbelastung bei hungrigen Geschwistern größer als bei wohlgenährten war. Hunger und Geschwisterrivalität beeinflussen demnach beide die Stressbelastung bei jungen Tüpfelhyänen.

In der Erforschung physiologischer Effekte und Mechanismen zur Bewältigung besonderer körperlicher Herausforderungen spielen intra- und interspezifische Veränderungen der Immunkompetenz und des Immunsystems eine entscheidende Rolle. Die Entwicklung geeigneter Methoden ist für derartige Studien unverzichtbar. Die Wildtier- oder Öko-Immunologie ist eine junge Disziplin, die das Ziel verfolgt, die Immunfunktionen frei lebender Tiere beschreiben und verstehen zu können. Anhand einer Reihe von Modell-Wildtierarten (Fledermäuse, Nagetiere und Raubtiere) wollen wir verstehen, wie biologische und nichtbiologische, soziale und ökologische Faktoren zur natürlichen Variation der Immunreaktionen innerhalb einer Art und zwischen verschiedenen Arten beitragen. Weil aber in Wildtierpopulationen die Messung von Strukturen und Funktionen des Immunsystems eine der größten Herausforderungen überhaupt darstellt, entwickeln wir zurzeit neue Methoden, die es erlauben, mit wenigen Proben reproduzierbare Analysen der Immunkompetenz durchzuführen. Neben der Anpassung und Validierung bereits vorhandener Methoden und Test-Antikörper, entwickeln wir unter anderem neue spezifische mono- und polyklonale Antikörper und werden darüber hinaus die relevanten Gen- und Proteinsequenzen mit Hilfe moderner Methoden beschreiben. Diese Projekte erlauben uns, eine quantitative Messung des Gesundheitszustands verschiedener Populationen durchzuführen und die Immunopathologie für bestimmte Erreger zu erfassen. Diese Arbeiten stellen nicht nur eine Kerninformation im Zusammenhang mit One Health-Studien dar und dienen dem Schutz bedrohter Arten, sondern werden auch unser Verständnis der Evolution des Immunsystems erweitern.

Ein interessantes Beispiel für diese Arbeit sind unsere Untersuchungen an frei lebenden Geparden. Bisher war kaum bekannt, von welchen Krankheiten diese Tiere betroffen sind, wie empfindlich sie auf Infektionen reagieren und wie ihr Immunsystem diese Herausforderungen bewältigt. Im Blut von Geparden, die auf Farmland in Zentralnamibia leben, haben wir daher nach Antikörpern gegen neun unterschiedliche Viren gesucht, die eine Schlüsselrolle bei Infektionskrankheiten von Katzenartigen spielen. Bei weniger als fünf Prozent der untersuchten Tiere wurden wir fündig – Infektionskrankheiten spielen dort offensichtlich kaum eine Rolle. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir auch die Kadaver verendeter Geparde untersucht und konnten ihnen meist einen guten Gesundheitszustand bescheinigen.

Anschließend bestimmten wir im Erbgut der Tiere die Anzahl der Allele der Haupt-Histokompatibilitäts-Komplexe (MHC) Gene. MHC Gene sind ein entscheidender Bestandteil etlicher Reaktionen des adaptiven Immunsystems gegenüber Infektionen. Je mehr Allele in den MHC Genen vorhanden sind, umso besser sollte jedes Tier - und somit in ihrer Gesamtheit auch die Population - mit verschiedenen Infektionskrankheiten fertig werden.

Bereits zuvor war bekannt, dass die Variabilität der MHC Gene bei Geparden sehr gering ist. Wir konnten zwar bisher unbekannte Allele entdecken, aber die Variabilität der MHC Gene blieb immer noch relativ gering. Interessanterweise beeinflusst diese begrenzte Variabilität der MHC Gene die Abwehr von Infektionskrankheiten aber offensichtlich kaum. Möglicherweise kompensieren andere Elemente des Immunsystems die Nachteile dieser geringen Vielfalt.

Die langfristigen Überlebenschancen der Geparde in Namibia hängen demnach weniger vom Erbgut der Tiere ab als vom Einfluss des Menschen. Allerdings könnte die geringe Variabilität der MHC Gene den Geparden zum Nachteil werden, sollten bisher unbekannte Erreger in ihrer Umwelt auftauchen. Es wäre denkbar, dass das Immunsystem der Tiere solchen neuen Herausforderungen nicht gewachsen wäre.

Molekularbiologische Diagnostik

Die Detektion von Pathogenen in Wildtieren kann einige Herausforderungen mit sich bringen. Es gibt nur wenige Methoden, die ein hochempfindliches paralleles Screening auf mehrere Krankheitserregern erlauben. Molekularbiologische Nachweismethoden können zudem leicht zu falsch negativen Ergebnissen führen, zum Beispiel wenn ein neuer Virusstamm vorliegt. Hinzu kommt, dass das Probenmaterial von Wildtieren das Labor oft in suboptimalem Zustand für mikrobiologische Untersuchungen erreicht. Daher nutzen und entwickeln wir eine Reihe von Methoden, um diese Schwierigkeiten zu überbrücken und erweitern ihren Einsatz auch für archiviertes Material. Wenn es sich anbietet, nutzen wir in einigen Fällen etablierte Virochips oder Shotgun Next Generation-Sequenzierungen (NGS) für Proben mit Verdacht auf Infektionserreger. Darüber hinaus entwickeln wir „Hybrid-capture“-Methoden, um entweder neue Erreger zu entdecken oder bereits bekannte Erreger auch in Geweben aufzufinden, die nicht mehr gut erhalten sind. Die Hybrid-capture-Methode kombiniert die Stärken eines Microarrays mit Next Generation-Sequenzierung auf flexible Weise und erlaubt die gleichzeitige Erfassung einer unbegrenzten Zahl von Sequenzstücken. Im Vergleich zur Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist dieses Vorgehen gegenüber Unterschieden zwischen Zielsequenzen und Oligonucleotiden robuster und hat damit eine höhere Empfindlichkeit. Unsere ersten Projekte in diesem Bereich bezogen sich auf virale Erreger; die Methoden werden nun auch für Bakterien und Parasiten angepasst.

Ausgewählte Publikationen

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