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Forschungsaktivitäten 2007:

I.    Laktationsphysiologie

II.   Lebensmittelsicherheit, Ernährung und Umwelt

III.  Reproduktionsbiologie

IV.  ABC Transporter: Bedeutung in Human- und Tierphysiologie

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I. Laktationsphysiologie

Expression und Lokalisation von extrazellulären Matrix abbauenden Proteinasen und Inhibitoren in der bovinen Milchdrüse während Entwicklung, Funktion und Rückbildung
Expression and localization of extracellular matrix-degrading proteinases and their inhibition in the bovine mammary gland during development, function and involution
Rabot, A.; Sinowatz, F.; Berisha, B.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.:
Journal of Dairy Science 90 (2007) 740-748
Die Umstrukturierung oder Entwicklung von Geweben bedarf der Wirkung durch spezifische Proteasen und deren Kontrolle durch spezifische Inhibitoren. Für die Auflösung und Umstrukturierung der extrazellulären Matrix sind Matrixmetallo-Proteinasen (MMP) sowie Plasmin bildende Plasminaktivatoren (PA) und ihre spezifischen Inhibitoren (Gewebeinhibitor der Metalloproteinasen, TIMP) und (Urokinase- und Gewebeinhibitor von PA) verantwortlich.
Stadiumdefinierte Gewebeproben wurden für die Untersuchungen während der frühen Euterentwicklung, während der Gravidität, des Ingangkommens der Laktation (Laktogenese), der Funktion (frühe, mittlere und späte Laktation, Galaktopoese) sowie der Rückbildung während verschiedener Phasen nach dem Trockenstellen (Involution) entnommen. Es wurde die mRNA Expression dieser Faktoren sowie für einige die Lokalisation (mittels Immunhistochemie) analysiert. Folgende Faktoren wurden bestimmt: MMP-1, MMP-2, MMP-14, MMP-19, TIMP-1, TIMP-2, uPA, tPA, uPAR1 sowie 2, und PAI1 und 2. Die Expression dieser Faktoren war während der Funktion (Glaktopoese) und frühen Involution relativ niedrig. Eine signifikante Erhöhung der Faktoren wurde während der klassischen Umstrukturierungsphasen (Mammogenese und spätere Involution) festgestellt. Der Anstieg der Proteasen wurde begleitet durch den Anstieg der Inhibitoren. Die höchste Expression wurde bei Färsen gemessen. Diese Regulationsvorgänge werden durch Wachstumsfaktoren und Reproduktionshormone kontrolliert.

Die Nutzung und Relevanz eines bovinen Milchdrüsenexplantatmodels zur Untersuchung des Effektes von Infektionen
Use and relevance of a bovine mammary gland explant model to study infection responses in bovine mammary tissue
Rabot, A.; Wellnitz, O.; Meyer, H.H.D.; Bruckmaier, R.M.:
Journal of Dairy Research 74 (2007) 93-99

Dosis-abhängige Reaktion von Entzündungsparametern in der Milch nach intramammärer Infusion von Lipopolysacchariden
Dose independent changes in inflammatory parameters in the milk of dairy cows after intramammary infusion of lipopolysaccharide
Werner-Misof, C.; Macuhova, J.; Tancin, V.; Bruckmaier, R.M.:
Veterinarni Medicina 52 (2007) 95-102

Dosis-abhängige Immunantwort der Milchzellen und des Milchdrüsengewebes nach intramammärer Applikation von Lipopolysacchariden bei Milchkühen
Dose-dependent immune response in milk cells and mammary tissue after intramammary administration of lipopolysaccharide in dairy cows
Werner-Misof, C.; Pfaffl, M.W.; Bruckmaier, R.M.:
Veterinarni Medicina 52 (2007) 231-244
Mit verschiedenen in vitro und in vivo Modellen (Zellkultur, Explantate, intakte Milchdrüse, Milch und Milchzellen) wurde die Reaktion des Immunsystems der Milchdrüse auf die Behandlung mit E. coli Lipopolysacchariden untersucht. Im Mittelpunkt der Analytik stand die Erfassung der Expression von Signalfaktoren, Komponenten der Immunabwehr und die zelluläre Reaktion. Es zeigte sich durchgehend, dass TNFalpha am schnellsten auf die Behandlung reagierte. In der Folge stiegen die Interleukine IL-1beta, IL-6 und IL-8 an. Offensichtlich kommt diesen Zytokinen eine Signalfunktion zu, die dann in den Blutgefäßen der Milchdrüse zur Attraktion von immunaktiven Zellen und deren Diapedese in die Milch führt. Diese Zellen sind die Voraussetzung zu einer schnellen und effizienten Inaktivierung pathogener Keime. In der Signalkaskade haben offensichtlich auch die Immunoglobulinrezeptoren eine wichtige Rolle.

Die Auswirkung von chronischen Oxytocinbehandlungen auf das Immunsystem der  Rindermilchdrüse
The effect of chronic oxytocin-treatment on the bovine mammary gland immune system
Werner-Misof, C.; Pfaffl, M.W.; Meyer, H.H.D.; Bruckmaier, R.M.:
Veterinarni Medicina 52 (2007) 475-486
In einer Studie mit besonderer Praxisrelevanz wurde 14 Kühen im Verlauf von 8 Tagen vor jeder Melkung chronisch Oxytocin appliziert, um die Milchabgabe zu induzieren. Sowohl in Blut- als auch in Milchproben wurden keinerlei Veränderungen bei den immunologischen Parametern (Zellen, Zytokine) gemessen und auch die Milchzusammensetzung blieb unverändert. In einer zweiten ähnlich durchgeführten Studie wurden auch Biopsieproben nach dem Morgengemelk gezogen. Hierbei zeigten sich geringe Effekte auf die Zytokine im Immunsystem der Milchdrüse sowie auf die Proteine des Milchdrüsenepithels, welche die Zelldiapedese steuern. Zusammenfassend ergibt sich, dass die vollständige Milchabgabe durchaus relevant ist für die Entfernung von Pathogenen aus der Milchdrüse. Das Immunsystem wird durch Oxytocin aber kaum beeinflusst.

Incontinentia Lactis: Physiologische und anatomische Gegebenheiten, die zum unkontrollierten Milchauslauf führen
Incontinentia Lactis: Physiology and anatomy conductive to milk leakage in dairy cows
Rovai, M.; Kollmann, M.T.; Bruckmaier, R.M.:
Journal of Dairy Science 90 (2007) 682-690
Der stetige langsame Milchfluss ohne aktives Melken ist ein erhebliches Problem, das viele Milchproduzenten täglich beobachten. Diese Incontinentia Lactis ist eine Prädisposition für erhöhte Milchdrüseninfektionen. Eine umfangreiche Untersuchung von Zitzenmorphologie, Zisternengröße sowie Milchfluss und Milchfraktionen ergab, dass die Zitzenkanallänge bei den Kühen mit Incontinentia Lactis um 9 % verringert war. Weiterhin war auch die Zisternenmilchmenge und der Euterinnendruck erhöht. Keine Unterschiede ergaben sich bei Oxytocingehalt und Oxytocinresponse. Zusammenfassend ergibt sich, dass insbesondere anatomische Veränderungen der Zitze und des Euters als Ursache zu nennen sind.

II. Lebensmittelsicherheit, Ernährung und Umwelt

Sicherheitsbewertung gentechnisch veränderter Futtermittel
Gentechnisch veränderte (GV) Pflanzen werden so gezielt hinsichtlich ihres artspezifischen genetischen Bauplans verändert, dass nunmehr neue Eigenschaften (insbes. Herbizid- oder Insektenresistenz) bzw. Leistungen ermöglicht werden. In den vergangenen 10 Jahren stieg die weltweite Anbaufläche von GV Pflanzen kontinuierlich bis auf 102 Mio. Hektar im Jahr 2006 an. Auf rund einem Viertel dieser Flächen (25,2 Mio. ha) wurde GV Mais geerntet, der vor allem an landwirtschaftliche Nutztiere verfüttert wird. Ziel unserer Forschungsarbeiten war es, vor dem Hintergrund der öffentlich geführten Diskussion über den Einsatz von GV Pflanzen in der tierischen Produktion, den zeitabhängigen Abbau sowohl von rekombinanter DNA als auch rekombinantem Protein zu verfolgen. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Bestimmung der Degradationsprozesse bei der Herstellung von Futtermitteln und während der Verdauung im Pansen des Rindes mittels sensitiver Nachweismethoden.

Symbiotische Wirkung von Lactulose plus Enterococcus faecium auf die Darmfunktion prä-ruminanter Kälber
Effect of lactulose on growth performance and intestinal morphology of pre-ruminant calves using a milk replacer containing Enterococcus faecium
Fleige, S.; Preißinger, W.; Meyer, H.H.D.; Pfaffl, M. W.:
Animal 1 (2007) 367-373
Lactulose: Wirkung im Gastrointestinaltrakt von pre-ruminanten Kälbern
Lactulose: Health benefits in the gastro-intestinal tract of pre-ruminant calves
Fleige, S.; Preißinger, W.; Meyer, H.H.D.; Pfaffl, M. W.: Veterinarni Medicina 52 (2007) 437-444
Durch die Fütterung kann die Kompetenz des Immunsystems beeinflusst und somit auch die Pathogenese von Erkrankungen teils erheblich moduliert werden. Vor dem Hintergrund des Verbots antibiotischer leistungsfördernder Futterzusätze stellt die symbiotische Fütterung mit darmstabilisierender Wirkung eine besondere Herausforderung für die Forschung dar. Im Mittelpunkt unserer Arbeit stehen die symbiotischen Wirkungen von Lactulose und Enterococcus faecium und die vermittelte Immunmodulation in verschiedenen Darmabschnitten.
    Nach oraler Applikation gelangt Lactulose unverändert in das Colon, wo sie durch eine saccharolytische Mikroflora metabolisiert wird. Die Verabreichung von Lactulose hat als vorrangiges Ziel die Wachstumsförderung der probiotischen Bakterien und somit die Herstellung einer Eubiose im Darm, während deren Stoffwechselprodukte den pH-Wert reduzieren und die Milieubedingungen für die proteolytische Flora negativ beeinflussen. Auch lassen zahlreiche Befunde die Vermutung entstehen, dass die durch Prebiotika geförderten Bifidobakterien die Bildung von spezifischen und unspezifischen Antikörpern sowie Zytokinen, zellulär vermittelten Immunitätsexpressionen und die Erhöhung der unspezifischen Abwehr massiv fördern. Auch die Verbesserung der Leistungsparameter können durch die Fütterung von Pre- und Probiotika erzielt werden.
    Um die Wirkung von Lactulose auf die genannten Parameter zu untersuchen, wurden in einem Fütterungsversuch 42 Kälber in drei homogenen Gruppen (n = 14 pro Gruppe) eingeteilt. Die Kontrollgruppe (L0) wurde mit einem Milchaustauscher, der 109 KBE Enterococcus faecium enthielt, gefüttert. Den Behandlungsgruppen L1 und L3 wurden zusätzlich 1% bzw. 3% Lactulose im Austausch gegen Milchpulver verabreicht.
    Tendenziell höhere durchschnittliche Tageszunahmen bei männlichen Kälbern und eine erhöhte Futteraufnahme konnte durch die Fütterung von Lactulose erzielt werden. In den darmmorphometrischen Studien via Histologie ergaben sich unterschiedliche Effekte der lactulosereichen Fütterung in Jejunum, Ileum, Caecum und Colon. Im Vergleich zur Kontrollgruppe L0 finden sich bei den Lactulose behandelten Kälbern reduzierte Zottenlängen im Ileum (P<0.001) und reduzierte Kryptentiefen im Caecum (P<0.001). Das Ausmessen der Lymphfollikel in der ilealen Peyerschen Platte ergab eine signifikante Abnahme der Follikelfläche (L1: P<0.05; L3: P<0.01) mit geschlechtsabhängiger Ausprägung. Antiinflammatorische Zytokine wie IL-10 und TGFß1 wurden in unterschiedlichen Darmabschnitten erhöht exprimiert. Weiterhin wurde durch Expressionsanalysen ein Anstieg der IgA FcR Expression und Abnahme der IFNg Expression im Ileum männlicher Kälber der Behandlungsgruppe L3 festgestellt. Bei weiblichen Kälbern wurden die CD4+ Lymphozyten im Ileum und im mesenterialen Lymphknoten runterreguliert, währenddessen die CD8+ Lymphozyten im Blut aufreguliert wurden. Durch diese Ergebnisse wird deutlich, dass Lactulose das Potenzial zur Steigerung der Leistungsparameter in der Kälberproduktion hat.
    Bei gesunden Tieren zeigt Lactulose zudem eine Tendenz zur Stärkung des Immunsystems und damit zu einer positiven Beeinflussung des Darmschleimhautimmunsystems und somit wird die Eubiose im Darm gefördert. Eine eindeutige Aussage zur Verwendung von Lactulose in der Kälbermast ist nicht möglich. Weitere Untersuchungen sind notwendig um auch die geschlechtsspezifischen Wirkungen eindeutiger zu beschreiben.

Gesundheitsfördernde Effekte von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen auf die Darm-Morphologie und das Darmimmunsystem von Monogastriern
The influence of apple pomace or red-wine pomace rich diet on the gut morphology in weaning piglets
Sehm, J.; Lindermayer, H.; Dummer, C.; Treutter, D.; Pfaffl, M.W.:
Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition 91 (2007) 289-296

Effekte von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen auf die Darm-Morphologie und das Immunsystem von Monogastriern
Pfaffl, M.W.: Tagungsband
6. BOKU Symposium Tierernährung 2007, 15.11.2007, Wien, Österreich, (2007) 1-9

Effekte von Pinienpollenextrakten auf das Wachstum von ilealen Schweinezellkulturen
Masanetz, S.; Schedle, K.; Windisch, W.; Pfaffl, M.W.: Tagungsband
6. BOKU Symposium Tierernährung 2007, 15.11.2007, Wien, Österreich, (2007) 80-88
Das Darmepithel stellt die erste Zellschicht zum Eintritt von ernährungsphysiologisch erwünschten Nährstoffen in den Organismus dar. Toxische Inhaltsstoffe der Nahrung oder pathogene Mikroorganismen werden nur dann ausgeprägte pathologische Wirkungen im Darm entfalten können, wenn die morphologische und funktionelle Barriere des Darmepithels eingeschränkt ist. Das Ileum, der hinterste Teil des Dünndarms, stellt den immunologisch aktivsten Teil des Verdauungstraktes dar, sozusagen den Schnittpunkt zwischen Nahrung und Immunsystem. 70% der Immunantwort im Säugerorganismus gehen von Darmgeweben und deren lokalem Immunsystem aus. Alternative Maßnahmen, die der Erhaltung oder Verbesserung der Struktur, der funktionellen Integrität des Epithels und der eingelagerten Lymphknoten dienen, erhalten so eine neue und besondere Bedeutung. Um Schweine, vor allem Ferkel dennoch gesund zu erhalten, drängen viele alternative Futtermittelzusätze auf den Markt. Von Substanzen, die als Pro-, Prä- und Synbiotika wirken sollen, bis hin zu Kräutermischungen und seltenen Erden sind verschiedenste Futtermittelzusätze und Additive im Handel erhältlich.

Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe
Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe lassen sich aufgrund ihrer Molekülstruktur in unterschiedliche chemische Gruppen zusammenfassen (z.B. Flavonoide, Carotinoide, Terpene, Isothiozyanate). Die zunehmende Zahl an Fütterungsadditiven auf Pflanzenbasis kennzeichnet bereits einen aufkommenden Trend. Heute sind schon einige „Kräuterbeimischungen“ für die Schweinefütterung erhältlich, aber die eigentlich immunologisch aktiven Substanzen und deren Wirkungen liegen noch im Dunkeln. Es besteht aber keineswegs ein Verständnis für die Wirkungsspektren dieser Stoffe, und damit für eine gezielte Bewertung bzw. einen gezielten Einsatz in der Fütterung. Weiterhin sind mögliche Wechselwirkungen mit anderen Substanzen und etwaige Risiken in der Futterherstellung sowie im Fütterungseinsatz unerforscht. Zum sicheren Einsatz gehören auch praxistaugliche Analyse- und Nachweisverfahren. Über die immun-stimulierenden und immun-modulatorischen Wirkmechanismen von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen liegen bisher wenig wissenschaftliche Kenntnisse vor. Hinweise für eine Beeinflussung des Immunsystems durch sekundäre Pflanzenstoffe gibt es für Carotinoide, Flavonoide, Phytoöstrogene, und Saponine. Im Weiteren ist bekannt, dass Flavonoide die Aktivität von Immunzellen sowie wichtigen Schlüsselenzymen beeinflussen und einzelne Schritte in der Signaltransduktion hemmen können.
    Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass besonders sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe wie Carotinoide und Flavonoide im physiologischen Dosisbereich das Immunsystem modulieren können, wobei sowohl von stimulierenden als auch von suppressiven Wirkungen auszugehen ist.

Forschungsziele
Ziel ist es, alternative Futterzusätze zu testen, die die Gesundheitsstörungen beim Nutztier vermindern oder ganz vermeiden. Ein besonderer Aspekt war die Verwendung natürlicher Pflanzeninhaltsstoffe, z.B. polyphenolreicher Apfel- und Rotweintrester, Kräutermischungen reich an etherischen Ölen, ballaststoffreiche Fütterungen oder Laktulose und Inulin mit pre-biotischen Effekten.

Folgende Fragestellungen und Forschungsziele stehen im Mittelpunkt:

1. Aufbau einer Versuchsanordung in der Ferkel- und Schweinefütterung zur detaillierten Untersuchung von potentiellen Futterzusatzstoffen mit gesundheitsfördernder, immunmodulierender und gegebenfalls leistungsfördernder Wirkung.
2. Verknüpfung der praxisbezogenen ernährungsphysiologischen Forschung mit molekularen Forschungsansätzen: Histologie und Darmmorphometrie, molekulare Physiologie, molekulare Immunologie und Systembiologie.
3. Suche nach potenten und umweltfreundlichen Alternativen gegenüber Antibiotika, insbesondere in der Fütterung von Monogastriern.
4. Definierung der Wirkungsspektren von Reinsubstanzen, Kräutermischungen sowie „Reststoffen“ aus der Lebensmittelindustrie.
5. Erhaltung und Verbesserung der Bakterienflora, der Darmmorphologie, und somit der funktionellen Integrität des Darmepithels und der eingelagerten Lymphknoten.
6. Erfassung und Analyse der Bakterienpopulationen im Darm und des Blutbildes zur Abschätzung des Immunstatus.
7. Gewinnung neuer Erkenntnisse auf dem Gebiet der immun-stimmulierenden bzw. immun-modulierende Effekte und deren physiologische Auswirkungen.
=> Stimulation der körpereigenen Immunabwehr über eine natürliche Gesund- und Leistungsfütterung

Versuchsansätze
Um Erkenntnisse über die Effekte auf das Immunsystem und das Wachstum in Ferkeln zu gewinnen, wurden im Rahmen diverser Forschungsansätze verschiedene in vitro und in vivo Versuche durchgeführt.
Auf zwei unserer Studien wird im Folgenden eingegangen:
A) Im ersten Tierversuch wurden Apfel- und Rotweintrester aus der Lebensmittelproduktion, die reich an sekundären Flavanoiden sind, als Futterzusatz verwendet. Man kann die natürlichen Potentiale der sekundären Inhaltsstoffe nutzen und sie kostengünstig in der Tierfütterung einsetzen.
B) Im zweiten Ansatz hat man die Pollen der chinesischen Gelbkiefer (pinus massoniana) als Zusatz in einem Ferkelversuch verwendet, um deren bis dato unbeschriebene Wirkungen auf molekularer Ebene zu beschreiben.

A) Flavonoide in Trestern: Flavonoide sind die in der Nahrung am häufigsten vorkommenden Polyphenole und bestehen grundsätzlich aus 3 Kohlenstoffringen mit 2 aromatischen und einem O-heterozyklischen Ring. Sie besitzen anti-oxidative, anti-virale, anti-kanzerogene sowie anti-inflammatorische Wirkungen und stellen in den Pflanzen einen wirksamen Schutzwall gegenüber exogenen Angriffen dar. Flavanole sind primär in Tee, Früchten und daraus hergestellten Getränken enthalten, v.a im Apfelsaft und Rotwein. Neben den monomeren Flavanolen enthalten pflanzliche Lebensmittel auch oligomere Flavanole wie die Procyanidine in Äpfeln, dunkler Schokolade und Rotwein. Die Flavonoide befinden sich überwiegend in den Randschichten der Pflanzen sowie den äußeren Blättern. So beinhaltet der Apfeltrester 80% der in den Äpfeln enthaltenen Flavonoide.
    Als Modellsysteme dienten Ferkel im Fütterungsversuch sowie weiße Blutzellen (WBC = Leukozyten isoliert aus dem Blut), die in Zellkultur mit verschiedenen Flavanoiden stimuliert wurden. In einem ersten in vitro Vorversuch wurde mit primären weißen Blutzellen gearbeitet. Die kultivierten Zellen konnten mit zwei wichtigen phenolischen Vertretern, z.B. EGCG und Catechin (isoliert aus grünen Tee-Extrakten) stimuliert werden.
    Dabei zeigten sich einige stimulierende und konzentrationsabhängige Effekte auf die gesamten RNA Expression und auf die mRNA Expressionslevel von ausgewählten Markergenen. In unseren Studien bewirkten höhere EGCG- und Catechin-Konzentrationen eine Verringerung der gesamten RNA Expression, wobei EGCG den größeren Effekt zeigte. Bei dem zweiten in vitro Versuchsansatz konnte festgestellt werden, dass EGCG und Catechin meist die beobachteten mRNA Expressionen von pro-inflammatorischen Markergenen abregulierte. Catechin verursachte eine Aufregulierung des pro-inflammatorischen Zytokins TNFa. EGCG erhöhte TNFa mRNA Expression nur in sehr hohen Konzentrationen.
    Zusammenfassend kann man in den zwei in vitro Zellkulturversuchen von positiven Effekten bei beiden Flavanoide sowohl auf die immunrelevanten Zytokine als auch auf die Expression der Transkriptionsfaktoren feststellen. Höhere Flavanoidgaben zeigten ausgeprägtere Einflüsse als geringere, wobei EGCG die mRNA Genexpression stärker veränderte als Catechin.
    Der Schwerpunkt dieses Forschungsvorhabens bildete der in vivo Fütterungsversuch in Zusammenarbeit mit Dr. Lindermayer vom Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft (LfL, Grub). Im Fütterungsversuch wurden 78 Ferkel mit 3,5% TS Apfel- oder Rotweintrester gefüttert. Als Beobachtungszeitraum wurden die Tage um den Absetztermin gewählt, da dort die meisten immunrelevanten Veränderungen in der Umwelt und beim Futterwechsel stattfinden, und auch bekanntermaßen die meisten Ferkelverluste zu verzeichnen sind.
    In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Obstbau, TUM Weihenstephan (Prof. Treutter) konnten die wichtigsten Polyphenolvertreter im Futter, im Mageninhalt und im Chymus nachgewiesen werden. In den tierischen Organen und Geweben waren mittels sensitiver HPLC Analytik nur Spuren der Polyphenole nachweisbar.
Positiv ist zu bemerken, dass keines der Tiere aus der Studie wegen Krankheit oder Totalverlust ausfiel. Leider konnten keine Unterschiede in den täglichen Zunahmen der einzelnen Fütterungsgruppen beobachtet werden. Die beiden polyphenolreichen Fütterungen zeigten einen positiven Einfluss auf die Bakterienpopulationen im Colon. In den Trester behandelten Gruppen wurden krankmachende E. coli Bakterienstämme mehr verdrängt, während sich die Anzahl der gesundheitsfördernden Laktobazillen erhöhte.
    Auch im Blutbild konnten unterschiedliche Effekte durch die Fütterungen gemessen werden. Die Ergebnisse des Blutbildes zeigten, dass die Leukozytenzahl in der Kontrollgruppe anstieg, was auf eine Aktivierung des Immunsystems hinweist, wobei sich in den Behandlungsgruppen keine Veränderungen zeigten. Die Thrombozytenzahl ging bei der Rotweintrestergruppe signifikant zurück.
     Einen weiteren Schwerpunkt bildete die Erfassung der Darmmorphometrie. Folgende Parameter wurden bei der Vermessung im GIT (Magen, Jejunum, Ileum, Colon; siehe Abbildung 1) und im mesenterialen Lymphknoten erfasst: Größe der Zotten und Krypten (Länge, Breite und Fläche) sowie der Lymphknoten und Peyersche Platten (Fläche, Anzahl und Lymphfollikel). Die darmmorphometrischen Studien via Histologie ergaben, dass die unterschiedlichsten Effekte der polyphenolreichen Fütterungen im Jejunum, Ileum und im Colon nachweisbar waren. Bei Rotwein-Tresterzulage verringerte sich das Zottenwachstum im Jejunum. Beide Tresterzulagen hatten wachstumsstimulierende Effekte im Colon. Die Lymphfollikelflächen der Peyerschen Platten im Ileum nahmen nur in der Kontrollgruppe zu, was, wie im Blut, für eine Aktivierung des Lymphsystems in der nicht behandelten Kontrollgruppe spricht.

Einfluss der Fütterung von gentechnisch verändertem Mais auf die Bakterienpopulation im Pansen von Rindern
Effect of feeding cows genetically modified maize on the bacterial community in the bovine rumen
Wiedemann, S.; Gürtler, P.; Albrecht, C.:
Applied and Environmental Microbiology 73 (2007) 8012-8017
Im Jahr 2006 erhöhte sich die weltweite Anbaufläche von gentechnisch veränderten (GV) Pflanzen auf nunmehr 102 Millionen Hektar. Auch bei Mais stiegen die Flächen mit GV-Sorten, die Herbizid- oder Insektentoleranz vermitteln, weiter auf derzeit 25,2 Millionen Hektar an. Mais wird vor allem an landwirtschaftliche Nutztiere insbesondere Rinder verfüttert. Ziel unserer Arbeit war es daher, den Effekt von GV Mais (event Bt176) auf die Bakterienpopulation im Pansen der Rinder mittels quantitativer real-time PCR zu untersuchen. Hierzu wurden pansenfistulierte Tiere mit isogener (nicht-GV) Maissilage gefüttert. Nach 11 Tagen wechselte die Ration zu transgener (GV) Maissilage. Nach weiteren 11 Tagen wurde eine weitere nicht-GV Maissorte für 33 Tage gefüttert, um den Einfluss des Tages der Probenahme und die interindividuelle Variabilität zu untersuchen.
Die Dynamik von Anaerovibrio lipolytica, Fibrobacter succinogenes, Prevotella ruminicola, Ruminococcus flavefaciens, Selenomonas ruminantium-Mitsuokella multiacida und Treponema bryantii wurde quanitfiziert und gegen das 16S rDNA Gen normalisiert. Unsere Ergebnisse zeigten keinen Einfluss der Fütterung von GV Maissilage auf die Expression der untersuchten Bakterienstämme im Vergleich zur nicht-GV Maissilage. Für A. lipolytica (P=0.02) und S. ruminantium-M. multiacida (P=0.001) konnte ein Einfluss durch den Tag der Probenahme nachgewiesen werden. Deutlich waren periodische Fluktuationen in der Konzentration fast aller Bakterien über den Zeitraum von 33 Tagen zu sehen. Die Daten der einzelnen Tiere zeigten Unterschiede für A. lipolytica (P=0.029), F. succinogenes (P=0.018), P. ruminicola (P=0.002), R. flavefaciens (P=0.017) und S. ruminantium-M. mutiacida (P=0.08). Jedes Tier wies ein individuelles Muster in der Expression der untersuchten Bakterien während des gesamten Versuches auf. Aus unseren Ergebnissen resultiert, dass die Bakterienpopulation im Pansen nicht von der Verfütterung von GV Mais abhängig ist. Sie ist individuellen und periodischen Schwankungen unterworfen.

Modifikation der mRNA Expression nach Behandlung mit anabolen Stoffen und der Nutzen von Gen-Expressions-Biomarkern
Modification of mRNA expression after treatment with anabolic agents and the usefulness for gene expression-biomarkers
Reiter, M.; Walf, V.M.; Christians A.; Pfaffl, M.W.; Meyer, H.H.D.:
Analytica Chimica Acta 586 (2007) 73-81
Da die Wirkung von anabolen Substanzen auf die Gen-Expression bekannt ist, wurde erstmals versucht Biomarker für anabole androgene Stoffe zu finden.
Durch die Analyse unterschiedlicher Kandidatengene in Leber, Muskel und Uterus von Rindern konnten erste substanzspezifische Biomarker identifiziert werden. Zudem wurden mögliche metabolische Modifizierungen durch die Behandlung mit anabolen Stoffen aufgezeigt.
Durch die Studie wurden erste Schritte in Richtung der Entwicklung eines Gen-Expressionsmusters für anabole androgene Substanzen gemacht. Dies könnte als neue Methode im Bereich der Rückstandsanalytik in Lebensmittelliefernden Tieren seinen Einsatz finden und bereits bestehende Nachweismethoden unterstützen.

III. Reproduktionsbiologie

Expression von Angiopoietin (ANPT)-1, ANPT-2 und ihren Rezeptoren im dominanten Follikel während der periovulatorischen Periode nach der GnRH Applikation bei der Kuh
Expression of angiopoietin (ANPT)-1, ANPT-2 and their receptors in dominant follicles during periovulatory period in GnRH-treated cow
Shimizu, T.; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A.:
Reproduction in Domestic Animals 42 (2007) 221-224

Veränderungen der mRNA Expression von Endothelin und Angiotensin Familien in Rinderfollikeln nach der Superovulation
Changes in the messenger RNA expressions of the endothelin-1 and angiotensin systems in mature follicles of the superovulated bovine ovary
Shimizu, T.; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A.:
Journal of Reproduction and Development 53 (2007) 655-662

Expression von Angiopoietin (ANPT)-1, ANPT-2 und ihren Rezeptoren im dominanten Follikel während der periovulatorischen Periode nach der GnRH Applikation bei der Kuh
Expression of angiopoietin (ANPT)-1, ANPT-2 and their receptors in dominant follicles during periovulatory period in GnRH-treated cow
Shimizu, T.; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A.:
Reproduction in Domestic Animals 42 (2007)  221-224
Die Vorgänge, welche die Selektion, das weitere Wachstum des dominanten Follikels so wie die Ovulation regulieren, sind bis jetzt immer noch unklar. Diese Untersuchungen zeigen, inwieweit die Mitglieder der vasoaktiven-peptid Familien wie Endothelin-Familie (ET-1, ECE-1, ETR-A, ETR-B), Angiotensin-2 (ANG-2, ACE, ATR-1, ATR-2) und Angiopoietin-Familie (ANPT-1, ANPT-2, Tie-1 und Tie-2) für das Endwachstum des dominanten Follikels wichtig sind.
Ziel der aktuellen Arbeiten war die Auswertung von zeitlich definierten Follikelproben, die vor und nach dem LH Gipfel sowie nach der Ovulation gewonnen wurden. Um genügend Gewebematerial für die Studien an Follikeln zur mRNA Expression, Proteinkonzentration und Proteinlokalisation zu erhalten, wurde die Superovulation durchgeführt: Nach Induzierung der Luteolyse mit einem PGF2a-Analogon und Stimulation des Follikelwachstums mit FSH wurde GnRH zur Induktion der Ovulation gegeben und Follikel bzw. frische CL durch transvaginale Ovarektomie gewonnen (n=5/Gruppe). Die Follikel wurden in folgende Gruppen eingeteilt: (I) Vor GnRH Injektion; (II) 4h nach GnRH (während des LH Gipfels); (III) 10h; (IV) 20h; (V) 25h (während der Ovulation) und (VI) 60h nach GnRH (nach der Ovulation; CL Tag 2-3). Zur Charakterisierung der Follikelgruppen wurden die Konzentrationen von Östradiol, Progesteron, PGF2alpha und PGE2 in der Follikelflüssigkeit (FF) gemessen.
Die Ergebnisse von untersuchten Mitgliedern der vasoaktiven-peptid Familien (Liganden und Rezeptoren) unterstreichen die Bedeutung von diesen lokal produzierten Faktoren für die Proliferation von Kapillaren (Angiogenese), die Selektion und das Endwachstum des dominanten Follikels bei der Kuh.

Expression und Lokalisation von extrazellulärer Matrix degradierenden Proteasen und deren Inhibitoren während des Östrus Zyklus und nach induzierter Luteolyse im bovinen Corpus luteum
Expression and localisation of extracellular matrix degrading proteases and their inhibitors during the oestrous cycle and after induced luteolysis in the bovine corpus luteum
Kliem, H.; Welter, H.; Kraetzl, W.D.; Steffl, M.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.; Berisha, B.:
Reproduction 134 (2007) 535-47
Das Corpus lutem (CL) bietet während seiner Entwicklung und Regression die Möglichkeit hochgradig proliferative als auch abbauende Prozesse zu untersuchen.
Es wurde die mRNA Expression von folgenden Faktoren in Follikeln 20 h nach GnRH Injektion, im CL während des Östrus Zyklus (Tag 1-2, 3-4, 5-7, 8-12) und während der induzierten Luteolyse (0,5, 2, 4, 12, 24, 48, 64 h nach PGF2a Injektion) untersucht: Matrix Metalloproteasen (MMP)-1, MMP-2, MMP-9, MMP-14, MMP-19, Tissue Inhibitor of MMP (TIMP)-1, TIMP-2, Tissue Plasminogen Activator (tPA), Urokinase Activator (uPA), uPA-Rezeptor (uPAR), PA-Inhibitoren (PAI)-1, PAI-2. Die mRNA Expression wurde mittels Real-time RT-PCR ermittelt.
MMP-1, MMP-2, MMP-14 und tPA zeigten eine klare Expression aber keine Regulation. Die mRNA von TIMP-1 und uPAR stieg während des gesamten Zeitraumes im Vergleich zur Follikelphase an. Die Expression von TIMP-1, MMP-9, MMP-19 und uPA zeigte einen stetigen Anstieg von der Follikelphase bis zum Tag 8-12. PAI-1 und PAI-2 wurden von Tag 1-7 aufreguliert, wobei sie am Tag 8-12 wieder abreguliert wurden. Expression während der induzierten Luteolyse: MMP-1, MMP-2, MMP-9, MMP-14, MMP-19 und TIMP-1 wurden alle zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Intensität aufreguliert, während TIMP-2 von 24 bis 64 h konstant abreguliert wurde. Die Expression des Plasminogen-Activator-Systems und deren Inhibitoren stieg von 2 bis 64 h an, wobei tPA bereits nach 0,5 h aufreguliert wurde. Immunhistochemie von MMP-1, MMP-2, MMP-14: MMP-1 und MMP-14 zeigte eine zunehmende Färbung in großen Lutealzellen beginnend 24 h nach PGF2a Gabe. MMP-2 zeigte eine starke Färbung in Endothelzellen nach 48 h.
Die Ergebnisse ergaben, dass die extrazelluläre Matrix degradierenden Proteasen im Östrus Zyklus vor allem während der Zeit der intensiven Angiogenese (Tag 1-5) hochreguliert sind. Während dieser Phase werden die Basalmembranen in den Gefäßen durch diese Proteasen abgebaut und somit die Migration von Endothelzellen in noch nicht vaskularisiertes Gewebe ermöglicht. Während der Zeit der induzierten Luteolyse kommt es zum einen zur Einwanderung von Immunzellen, die u.a. diese Proteasen sezernieren, zum anderen werden sie auch von den Luteal– und Endothelzellen selbst produziert. Dies führt zu einer Ablösung dieser Zellen von der extrazellulären Matrix und letztendlich zum Tod dieser Zellen, der ein wesentlicher Bestandteil der Regression des CL ist.

Lokale Regulation im bovinen Ovar – Extracellular Matrix Degradation, Angiogenesis und Angiolysis
Local Regulation in the bovine ovary – extracellular matrix degradation, angiogenesis and angiolysis
Berisha, B.: Habilitation, 02.05.2007,
Lehrstuhl für Physiologie, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan (Sierke Verlag, 2007)
Das Ovar stellt ein Organ dar, in dem im Rahmen des Sexualzyklus regelmäßig sich wiederholende Prozesse wie Zellproliferation, -differenzierung und -transformation stattfinden. Diese sind eng verknüpft mit Follikelwachstum und Ovulation sowie Gelbkörperanbildung und -funktion. Die Wachstums- und Umbauprozesse im zyklischen Gelbkörper (CL) gehen mit distinkten Phasen der Angiogenese (Gefäßbildung), der Gefäßmaturation und der Gefäßregression (Angiolyse) einher. Der komplexe Prozess der Angiogenese wird durch proteolytischen Abbau der extrazellulären Matrix (ECM) initiiert, bei dem Matrix Metalloproteasen (MMP) und Plasminogen Aktivatoren (PA) zusammen mit angiogenen Faktoren (VEGF, FGF, Angiopoietine) entscheidend für das Gefäßremodelling sind. Unsere Untersuchungen bestätigen und unterstützen die Annahme, dass lokal produzierte ECM Proteasen (MMP und PA) und angiogene Faktoren (VEGF, FGF, Angiopoietine) wichtige regulierende Funktionen im Prozess der Angiogenese während der CL Anbildung aber auch während der CL Regression im Rahmen der Angiolyse übernehmen. Die Befunde dieser Untersuchungen stellen einen wichtigen Beitrag zum Verständnis für die mögliche Ätiologie der CL Insuffizienz und damit zur Regulation der Fertilität dar.

IV. ABC Transporter: Bedeutung in Human- und Tierphysiologie

Die ABCA Unterfamiliengene und Proteinstrukturen, Funktionen und die damit zusammenhängende Erbkrankheiten
The ABCA subfamily gene and protein structures, functions and associated hereditary diseases
Albrecht, C.; Viturro, E.: Pflügers Archiv:
European Journal of Physiology 453 (2007) 581-589
Bisher sind 12 Gene der ABCA Unterfamilie identifiziert geworden. Diese Gene sind größtenteils mit dem Lipidstoffwechsel assoziiert und haben ein sehr hohes Niveau der Sequenzkonservierung. Mutationen an diesen Genen verursachen schwere Erbkrankheiten wie die familiäre interstitielle Lungenerkrankung, die aufgrund der abnormalen Prozessierung von Surfactantproteinen entsteht. Diese Gene sind auch mit der subzellulären Bindung von Drogen assoziiert, welche eine Resistenz von Krebszellen gegen Behandlung verursachen kann. Ziel dieser Übersicht ist es die aktuelle Literatur über diese interessante Genunterfamilie zusammenzufassen.

Funktionaler Polymorphismus von ABCA1 beeinflusst das Alter des Beginns von Symptomen bei Herzkranzgefäß-Patienten
Functional polymorphism in ABCA1 influences age of symptom onset in coronary artery disease patients
Kyriakou, T.; Pontefract, D.E.; Viturro, E.; Hodgkinson, C.P.; Laxton, R.C.; Bogari, N.; Cooper, G.; Davies, M.; Giblett, J.; Day, I.N.; Simpson, I.A.; Albrecht, C.; Ye, S.:
Human Molecular Genetics 16 (2007) 1412-1422
Der „ATP-binding-cassette“ –Transporter A1 (ABCA1) spielt eine zentrale Rolle bei der intrazellulären Beseitigung von überschüssigem Cholesterin. Bestimmte Mutationen des ABCA1 können (unter anderem) zu einer seltenen genetischen Erkrankung, der Tangier Krankheit, führen. Patienten mit dieser Erkrankung neigen zu vorzeitigen Herz-Kreislauf-Erkrankungen (HKE).
Wir haben verschiedene Gen- und Promotorpolymorphismen in Bezug auf HKE-Symptombeginn bei 1164 Patienten untersucht. Promotorvarianten wurden bezüglich ihres Effektes auf die Transkriptionsaktivität getestet und der Effekt der ABCA1-Genpolymorphismen auf die Cholesterintransportfunktion untersucht.
Der HKE-Symptombeginn konnte mit dem -407G>C Polymorphismus assoziiert werden und setzte bei C-Allelträgern 2,82 Jahre später ein, als bei G-Allelträgern (p<0,05). Eine Substitution an Stelle 825 der kodierenden Region ergab einen starken Effekt auf die ABCA1 Funktion. Die 825I Variante zeigte eine höhere Aktivität und transportierte Cholesterin effektiver als die 825V Wildtyp-Variante.

 

 

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    Letzte Änderung: 29.10.2015