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Institut für molekulare Pathogenese (IMP)

Forschungsbereich Pathologie und Elektronenmikroskopie

Der Forschungsschwerpunkt im Fachbereich Pathologie und Elektronenmikroskopie liegt auf der Wirts-Erreger Interaktion im Bereich der Schleimhautbarrieren des Atmungs- und Verdauungstraktes bei Infektionskrankheiten der landwirtschaftlichen Nutztiere. Von besonderem Interesse sind Reaktionen und Veränderungen des Schleimhautimmunsystems, da in diesem Bereich der initiale Kontakt der Bakterien mit ihrem Wirt stattfindet. Die Elektronenmikroskopie wird eingesetzt, um Interaktionen zwischen Bakterien (besonders fakultativ und obligat intrazelluläre Bakterien) und ihren Zielgeweben/Zielzellen in vivo und in Zellkultur zu untersuchen und die Ultrastruktur der Bakterien mit ihren kulturellen und molekularen Eigenschaften zu korrelieren.

Forschungsthemen

Paratuberkulose

Die Paratuberkulose ist eine wirtschaftlich bedeutsame Erkrankung der Rinder und kleinen Wiederkäuer und wird durch Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) ausgelöst. Die Wirts-Erreger Interaktionen während der langen, klinisch inapparenten Inkubationszeit vor dem Auftreten der Erkrankung sind weitgehend unbekannt, spielen aber eine wichtige Rolle für die Pathogenese der Erkrankung. Ein experimentelles Infektionsmodell wurde bei Ziegen etabliert (Zusammenarbeit mit Dr. H. Köhler, Arbeitsgruppe Mykobakterien). Unter Einsatz dieses Modells werden Gewebeveränderungen, Verteilung von MAP und zelluläre Reaktionen im Bereich der Veränderungen während der klinisch inapparenten Inkubationszeit untersucht.

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Schweinedysenterie

Die Schweinedysenterie (SD), eine Faktorenkrankheit verursacht durch Brachyspira hyodysenteriae, führt zu großen wirtschaftlichen Schäden in der Schweineproduktion. In Zusammenarbeit mit Dr. W. Herbst und Dr. S. Barth (Justus-Liebig-Universität Gießen) wurde ein Infektionsmodell für SD entwickelt und charakterisiert. Dieses wurde eingesetzt, um Wirts-Erreger Interaktionen für Brachyspira hyodysenteriae Isolate mit unterschiedlicher Virulenz zu vergleichen und Gewebe während der akuten Erkrankung, in der Heilungsphase und nach Abheilung zu gewinnen. An den Geweben werden ultrastrukturelle Untersuchungen zur Erregerinvasion durchgeführt. Zelluläre Reaktionen in der Dickdarmschleimhaut werden durch Mehrfachimmunfluoreszenz während der verschiedenen Krankheits- und Heilungsstadien erfasst.

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Chlamydieninfektionen

Im experimentellen Modell einer intrapulmonalen Infektion von Kälbern mit Chlamydia psittaci (nicht-aviärer Herkunft) und Parachlamydia spp., das von Prof. Dr. P. Reinhold etabliert wurde, werden Entwicklung und Abheilen von Lungenveränderungen untersucht. Wirts-Erreger Interaktionen werden bei schweren akuten Infektionen, Infektionen, die mit verschiedenen Antibiotika behandelt wurden, und persistierenden, klinisch inapparenten Infektionen verglichen.

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Norovirusinfektion des Kalbes

Feldinfektionen von Kälbern mit bovinem Norovirus können klinische Symptome verursachen, die denen der humanen Norovirusinfektion sehr ähnlich sind. Ein experimentelles Infektionsmodell wurde beim Kalb etabliert und charakterisiert (Zusammenarbeit mit Dr. P. Otto, Arbeitsgruppe Rotaviren/Noroviren, Institut für bakterielle Infektionen und Zoonosen). Dieses kann als homologes Großtiermodell für die Norovirusinfektion des Menschen eingesetzt werden.

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Ultrastrukturelle Untersuchungen

werden durchgeführt, um

  • die Charakterisierung neuer Bakterienspezies zu unterstützen (Chlamydia spp. /Dr. K. Sachse, Mycoplasma spp./ Dr. M. Heller, Arbeitsgruppe Chlamydien und Mykoplasmen),
  • die Interaktion von Bakterien mit ihren Wirtszellen unter Zellkulturbedingungen zu untersuchen (Chlamydia spp. mit  antigenpräsentierenden Zellen (Dr. M. Knittler, Institut für Immunologie) und Fibroblasten (PD Dr. J. Rödel, Friedrich-Schiller Universität Jena), MAP mit Epithelzellen (Dr. H. Köhler, Arbeitsgruppe Mykobakterien) und Coxiella burnetii mit Macrophagen (Prof. Dr. C. Menge, Arbeitsgruppe Infektionsimmunologie)),
  • die Morphologie von zell-frei kultivierten Coxiella burnetii zu dokumentieren (Dr. A. Lührmann, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg),
  • den Einfluss von Kulturbedingungen auf die Erregermorphologie zu untersuchen (Clostridien spp./Dr. C. Seyboldt),
  • die Interaktion zwischen Bakterien und Wirtsgewebe in Gewebeproben zu untersuchen, die während der Sektion von Fällen mit experimenteller Infektion (Chlamydia spp., Brachspira hyodysenteriae, MAP und bovines Norovirus) gewonnen wurden.

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Methoden

Die wichtigsten Methoden, die im Fachbereich Pathologie und Elektronenmikroskopie eingesetzt werden, sind

  • Durchführung von Sektionen
  • Befundung und fotografische Dokumentation der pathologisch-anatomischen Veränderungen
  • Gewinnung von Gewebeproben bei der Sektion, von  Bakterienkulturen und von infizierten Zellkulturen
  • Aufarbeitung der Proben für histologische, immunohistochemische und (immun)elektronen-mikroskopische Untersuchungen (Ultradünnschnitte, Negativkontrastmethode, Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie
  • licht-, fluoreszenz- und elektronenmikroskopische Auswertung der Proben (Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie), fotografische Dokumentation, Morphometrie, Statistik

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