Erreger in der Natur

Wie häufig Krankheitserreger in frei lebenden Tierbeständen vorkommen, hängt stark von äußeren Einflüssen aber auch von den Tieren selbst ab. Beispielsweise spielen Bewegungsmuster (Wanderungen) oder auch jahreszeitliche Variationen eine große Rolle. In Mitteleuropa spielen zum Beispiel Infektionen, die von Insekten übertragen werden, in kalten Wintern kaum eine Rolle; im Frühjahr und Sommer nimmt deren Bedeutung dagegen enorm zu.

Die Übertragbarkeit einer Erkrankung zwischen Tieren einer Population aber auch zwischen verschiedenen Populationen und Arten kann nur durch die Untersuchung des Vorkommens pathogener Erreger und das Auftreten klinischer Erkrankungsmuster bewertet werden. Uns interessieren insbesondere Erreger, die auch auf den Menschen überspringen können, hier spricht man von Krankheiten mit zoonotischem Potential.

Epidemiologie von Wildtierpathogenen

Die Epidemiologie beschreibt Eigenschaften und Verbreitung von Erkrankungen und der sie verursachenden Erreger. Wir untersuchen nicht nur Tiere, die offensichtlich erkrankt sind (apparentes Krankheitsbild), sondern auch solche Tiere oder Tierarten, die symptomfrei sind, da diese ebenfalls Träger des Erregers sein und eine Rolle bei seiner Verbreitung spielen können. In zahlreichen Projekten analysieren wir die Epidemiologie von unterschiedlichen Krankheiten in den verschiedensten Tierarten.

Ein Beispiel für ein solches Projekt ist die Ermittlung des Gesundheitsstatus des Europäischen Feldhasen (Lepus europaeus). In einigen europäischen Ländern sind die Populationen dieser Tiere seit den 1950er Jahren stark zurückgegangen. Eine Ursache für den Populationsrückgang könnte eine durch Infektionskrankheiten verursachte gestiegene Sterblichkeit (Mortalität) sein. Wir analysieren daher das Vorkommen spezifischer Erreger wie Toxoplasma und European brown hare syndrome Virus (EBHSV) in deutschen Hasenpopulationen. Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung der TiHo Hannover und dem Zoologischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie durchgeführt. Ein EBHS-Ausbruch  bei einem Feldhasenbestand in menschlicher Obhut bot uns die Gelegenheit, eine solche Infektion von Anfang an zu beobachten.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt auf Erregern und Parasiten, die Greifvögel infizieren. Neben den epidemiologischen Erkenntnissen sammeln wir dabei auch Erfahrungen in einem wenig erforschten Gebiet. So ist es uns gelungen, konventionelle Methoden der Diagnostik zu verbessern und zu modernisieren. Genetische Analysen der mitochondrialen Cytochrom B Gene von Blutparasiten, die Vögel befallen, ermöglichten sowohl neue Erkenntnisse über die Anzahl unterschiedlicher Stämme dieser Parasiten als auch über deren Verbreitung und Ökologie.

Bei der Untersuchung von Blutproben von zwölf Greifvogel- und Eulenarten aus der Mongolei entdeckten wir mit klassischen Methoden unter dem Lichtmikroskop in 18 Prozent der Proben Haemosporidia-Blutparasiten. Als wir in den gleichen Proben dagegen Erbgutanalysen mit der PCR-Methode durchführten, wurden wir bei 26 Prozent fündig. Demnach wurden bei der klassischen Methode fast ein Drittel dieser Fälle nicht gefunden. Dies könnte daran liegen, dass bei frischen Infektionen die Erreger im Lichtmikroskop oft kaum oder gar nicht zu sehen sind.

Im Rahmen eines weiteren Projekts untersuchen wir die Verbreitung von Retroviren bei verschiedenen Wildtierarten, da das Wissen über Retroviren, ihre Verteilung und ihre Diversität sehr begrenzt ist. Retroviren sind einzigartig in ihrer Eigenschaft, ihre Erbinformationen dauerhaft in das Genom von Zellen des Wirttieres einbauen zu können. Erst dort kann sich das Virus vermehren und unter Umständen langfristig auch eine (Krebs-)Erkrankung auslösen. Es kann auch vorkommen, dass das Virus in Keimzellen eingebaut wird, und so zu einem festen Bestandteil des Erbguts seines Wirtes wird. Dieser Vorgang wird als Endogenisierung bezeichnet.

Wir untersuchen die evolutionsgeschichtliche Entwicklung von Retroviren anhand von altem Erbgut aus Museumsproben („ancient DNA“). Doch auch die Verbreitungswege von Retroviren und die aus der Verbreitung resultierenden immunologischen Konsequenzen werden am IZW analysiert. Hier kommen insbesondere moderne Methoden der Hochdurchsatz-Sequenzierung (Next Generation Sequencing) zur Entschlüsselung der DNA-Sequenzen zum Einsatz.

Ein Projekt befasst sich mit der Endogenisierung von Koala Retroviren (KoRV) in das Genom von Koalas. Koalas, die aus dem Norden Australiens stammen, sind sehr oft mit KoRV infiziert, im Süden Australiens hingegen sind nur wenige der Beutelbären erkrankt. Dieses Verbreitungsmuster lässt vermuten, dass das Virus zuerst im Norden Australiens auftrat, dort inzwischen die Population fast vollständig infiziert hat und sich nun nach Süden ausbreitet. Bei der Untersuchung von Museumsproben von 28 Koalas konnten wir jedoch das Koalaretrovirus in allen Exponaten nachweisen. Bei dem Virus handelt es sich also nicht um eine neuartige Krankheit.

Wir interessieren uns darüber hinaus auch für Retroviren, die Nagetiere befallen. Bei Labormäusen sind diese Erreger seit langem gut untersucht. Über Retroviren bei Wildnagern ist dagegen fast nichts bekannt. Wir wollen diese Lücke schließen und herausfinden, welche Retroviren bei frei lebenden Nagetieren vorkommen, wie sie sich verteilen und wie sie auf das Immunsystem wirken.

Mikrobiome und Antibiotika resistente Bakterien in Wildtieren

Im Sinne des "One-Health" -Gedankens müssen Wildtiere als Teil der Übertragungsketten pathogener Mikroorganismen betrachtet werden. Von besonderem Interesse sind Antibiotika-resistente Bakterien, die eine wachsende Gefahr für Menschen aber auch für Haus- und Nutztiere darstellen.

Da die Entwicklung neuer antimikrobieller Substanzen nur langsam vorangeht, sollte die Verbreitung von resistenten Bakterien gegen bekannte Antibiotika so gut wie möglich verhindert oder zumindest gebremst werden. Dies kann aber nur funktionieren, wenn man weiß, auf welchen Übertragungswegen sich Resistenzen verbreiten und ob Wildtiere dabei eine Rolle spielen.

Zu diesem Zweck untersuchen wir Proben verschiedener Wildtierarten aus städtischen und ländlichen Regionen auf das Vorhandensein spezifischer Resistenzmechanismen, wie zum Beispiel die ESBL-Produktion. Die entsprechenden Bakterien werden molekularbiologisch charakterisiert und ihre Stammesgeschichte (Phylogenie) untersucht. Anhand eines Vergleichs von Ergebnissen mit ähnlichen Analysen bei Menschen oder anderen Tieren, können der Ursprung und die nähere Verwandtschaft des Bakteriums ermittelt und so die Übertragungswege geklärt werden.

Groß angelegte Studien des humanen Mikrobioms („die Gesamtheit aller Mikroorganismen eines Lebensraums“), haben gezeigt, dass es innerhalb des menschlichen Körpers verschiedene mikrobielle Lebensräume mit unterschiedlicher standortspezifischer Artenzusammensetzung gibt. Eine Störung des Gleichgewichts im Mikrobiom kann zur klinischen Erkrankung führen. Die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft ist sowohl individual- als auch artspezifisch. So können anhand ihrer bakteriellen Flora auch phylogenetische Zusammenhänge der untersuchten Wildtierspezies selbst dargestellt werden. Vergleichende Analysen des Mikrobioms von frei lebenden und in menschlicher Obhut gehaltenen Wildtieren werden es uns ermöglichen, die normale bakterielle Flora verschiedener Tierarten zu ermitteln.

Zoonotisches Potenzial von Wildtierbeständen – Übertragung von Krankheiten vom Tier auf den Menschen

Viele Mikroorganismen können von Tieren auf den Menschen (zooanthroponotische Verbreitung) und umgekehrt (anthropozoonotische Verbreitung) übertragen werden und Infektionskrankheiten auslösen. Hier spricht man vom zoonotischen Potenzial der Mikroorganismen. Wir untersuchen in unserer täglichen Routinediagnostik das Probenmaterial von Zoo- und Wildtieren auf das Vorhandensein zoonotischer Mikroorganismen. Aber auch in der Forschung interessieren uns zoonotische Erkrankungen verschiedener Wildtierarten. Ein Schwerpunkt unserer Arbeit liegt hierbei auf Fledermäusen und Raubtierarten.

Des Weiteren können auch Antibiotika-resistente Bakterien vom Menschen (und auch von Haustieren) auf Wildtiere übertragen werden und dort Infektionen auslösen. Antibiotika-resistente Bakterien haben in der Regel ihren Ursprung in der Human- und Tiermedizin. Unsere vergleichenden Untersuchungen von Wildtieren aus städtischen und ländlichen Lebensräumen sollen zeigen, inwieweit das Leben in der Nähe von Menschen die Gefahr von bakteriellen Infektionen für Wildtiere erhöht.

Ausgewählte Publikationen

Tsangaras K, Greenwood AD (2012) Museums and disease: using tissue archive and museum samples to study pathogens. Ann Anat 194: 58-73.

Drews B, Szentiks CA, Roellig K, Fickel J, Schroeder K, Duff JP, Lavazza A, Hildebrandt TB, Goeritz F (2011) Epidemiology, control and management of an EBHS outbreak in captive hares. Vet Microbiol 154: 37-48.

Mühldorfer K, Schwarz S, Fickel J, Wibbelt G, Speck S (2011) Genetic diversity of Pasteurella species isolated from European vespertilionid bats. Vet Microbiol 149: 163–171.

Guenther S, Grobbel M, Beutlich J, Guerra B, Ulrich RG, Wieler LH, Ewers C. (2010) Detection of pandemic B2-O25-ST131 Escherichia coli harbouring the CTX-M-9 extended-spectrum beta-lactamase type in a feral urban brown rat (Rattus norvegicus). J Antimicrob Chemother 65: 582-584.

Mühldorfer K, Wibbelt G, Haensel J, Riehm J, Speck S (2010) Yersinia species isolated from bats, Germany. Emerg Infec Dis 16: 578–580.

Calvignac S, Terme JM, Hensley SM, Jalinot P, Greenwood AD, Hänni C (2008) Ancient DNA identification of early 20th century simian T-cell leukemia virus type 1. Mol Biol Evol 25: 1093-1098.

Greenwood AD, Lee F, Capelli C, DeSalle R, Tikhonov A, Marx PA, MacPhee RD (2001) Evolution of endogenous retrovirus-like elements of the woolly mammoth (Mammuthus primigenius) and its relatives. Mol Biol Evol 18: 840-847.