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Darminfektionen mit einzelligen Parasiten

Einleitung

Darminfektionen mit einzelligen Parasiten (parasitische Protozoen) sind weltweit verbreitet und können je nach Infektionserreger und Immunstatus der betroffenen Personen zu ernsthaften Krankheitsverläufen führen. Auch in ressourcenreichen Ländern stellen Infektionen mit parasitischen Protozoen, u.a. wegen zunehmenden Resistenzentwicklungen gegen Standardtherapien, ein ernstzunehmendes Problem dar. Die Darminfektionen werden hauptsächlich durch kontaminierte Lebensmittel oder kontaminiertes Wasser übertragen, wobei meist infektiöse Dauerstadien der Parasiten (Cysten) aufgenommen werden. Bei darmassoziierten parasitischen Protozoen handelt sich um viele verschiedene Erregergruppen (z.B. Giardia duodenalis, Cryptosporidium spp., Entamoeba spp.), die in Deutschland für den größten Teil der meldepflichtigen Parasitosen verantwortlich sind.

Die häufigste meldepflichtige Darmparasitose, die Giardiasis, wird durch eine Infektion mit Giardia duodenalis (syn. G. intestinalis, G. lamblia) verursacht. Diese begeißelten Einzeller gehören taxonomisch zu den Diplomonaden. Die krankheitsassoziierten Wachstumsstadien (Trophozoiten) besiedeln das Epithel des vorderen Dünndarms und können Durchfallerkrankungen mit unterschiedlichen Symptomen verursachen. Die Erkrankung verläuft häufig mild und selbstlimitierend, kann aber auch einen schweren chronischen Verlauf nehmen. Für die Pathogenese sind sowohl Wirtsfaktoren, wie Immunstatus, Alter oder Ernährungsstatus, als auch Virulenzfaktoren des Parasiten verantwortlich. Letztere sind jedoch bisher nur unzureichend verstanden. G. duodenalis umfasst mindestens 8 verschiedene genotypisch unterscheidbare Gruppen (Assemblagen A-H) und wird auch als 'Spezieskomplex' bezeichnet, da nicht klar ist, ob alle Erregergruppen zu einer einzigen Spezies zusammengefasst werden können. Die human-pathogenen Assemblage Typen A und B weisen das breiteste Wirtsspektrum auf und finden sich neben dem Menschen bei zahlreichen Haus- und Wildtieren. Ob und in welchem Ausmaß sie deshalb als potentiell zoonotisch eingestuft werden sollten ist unklar.

Die beschriebenen Projekte zielen darauf ab, Virulenz- und Pathogenitätsmechanismen bei Darmparasitosen besser zu verstehen bzw. dafür verantwortliche Faktoren zu identifizieren, um die gegenwärtigen diagnostischen und therapeutischen Strategien sowie Ansätze für epidemiologische Studien zur Frage "Zoonose ja oder nein?" weiter zu entwickeln.

Funktionelle Epidemiologie von Giardia duodenalis-Infektionen

Projektleiter: Anton Aebischer und Christian Klotz

 In diesem Projekt wird eine Giardia duodenalis Daten- und Biobank mit klinischen und Umweltisolaten aufgebaut. Epidemiologische Daten und bei klinischen Infektionen entsprechend relevante Fallinformationen werden gesammelt und die Parasiten isoliert, möglichst kultiviert und zentral asserviert. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern an Human- und Tiermedizinischen Einrichtungen. Giardiaisolate dieser Biobank werden molekular aufgrund bekannter Markerloci und neuer, möglicherweise virulenzassoziierter Gene klassifiziert. Weiter werden funktionelle Tests für potentielle Virulenzfaktoren entwickelt, um mögliche Korrelationen zwischen Sequenz- und Funktionstypen mit den epidemiologischen Daten erforschen zu können. Schlussendlich soll das diagnostische Potential solcher Korrelationen evaluiert werden, um zu klären, ob Giardiasis in Deutschland eine Zoonose ist. Die Biobank soll einen Beitrag zur Infrastruktur der Zoonosenforschung in Deutschland leisten und für weitere Forschungsvorhaben im Zusammenhang mit Giardiasis auch von interessierten Dritten genutzt werden können.

Anwendung von In-vitro-Modellen zur Untersuchung von Erreger-Wirt-Beziehungen gastrointestinaler Protozoen-Infektionen

Projektleiter: Christian Klotz und Anton Aebischer

Bei dem Projekt stehen Untersuchungen im Vordergrund, die sich mit den molekularen, immunologischen und zellbiologischen Mechanismen der Erreger-Wirts-Interaktionen befassen. Das Ziel ist es Mechanismen zu charakterisieren, die für die Virulenz und Pathogenität von in Deutschland vorkommenden darmparasitären Protozoen essentiell sind, um neue Bekämpfungs- bzw. Präventionsansätze aufzuzeigen.

Für die meisten Darmparasiten gibt es keine geeigneten Zellkultursysteme außerhalb des Wirtes, um die Parasiten selbst oder Erreger-Wirts-Interaktionen adäquat zu beleuchten. Dies gilt insbesondere für krankheitsassoziierte Feldisolate oder neuartige Erreger für die noch keine hinreichenden Modelle entwickelt wurden. Um dem entgegenzuwirken beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Etablierung von neuartigen stammzellbasierten Darmkulturmodellen zur Untersuchung dieser intestinalen Infektionskrankheiten und folgenden Themenkomplexen mit dem primären Fokus auf G. duodenalis-Infektionen:

  • Wechselwirkung von G. duodenalis mit Wirtszellen, insbesondere intestinaler Epithelzellen und Zellen des angeborenen Immunsystems.
  • Wirkmechanismen potenzieller Virulenzfaktoren von G. duodenalis.
  • Immunmodulationsmechanismen von G. duodenalis.
  • Anwendung stammzellbasierter Zellkulturmodelle für die Untersuchung gastrointestinaler Infektionen.

Stand: 17.02.2022

Ausgewählte Publikationen

  • Holthaus D, Kraft MR, Krug SM, Wolf S, Müller A, Delgado Betancourt E, Schorr M, Holland G, Knauf F, Schulzke JD, Aebischer T, Klotz C (2021): Dissection of barrier dysfunction in organoid-derived human intestinal epithelia induced by Giardia duodenalis.
    Gastroenterology: Epub Nov 22. doi: 10.1053/j.gastro.2021.11.022. mehr

  • Brischetto C, Krieger K, Klotz C et al. (2021): NF-κB determines Paneth versus goblet cell fate decision in the small intestine.
    Development 148 (21): dev199683. Epub Nov 9. doi: 10.1242/dev.199683. mehr

  • Klotz C, Radam E, Rausch S, Gosten-Heinrich P, Aebischer T (2021): Real-time PCR for molecular detection of zoonotic and non-zoonotic Giardia spp. in wild rodents.
    Microorganisms 9 (8): 1610. Epub Jul 28. doi: 10.3390/microorganisms9081610. mehr

  • Woschke A, Faber M, Stark K, Holtfreter M, Mockenhaupt F, Richter J, Regnath T, Sobottka I, Reiter-Owona I, Diefenbach A, Gosten-Heinrich P, Friesen J, Ignatius R, Aebischer T, Klotz C (2021): Suitability of current typing procedures to identify epidemiologically linked human Giardia duodenalis isolates.
    PLoS Negl. Trop. Dis. 15 (3): e0009277. Epub Mar 25. doi: 10.1371/journal.pntd.0009277. mehr

  • Holthaus D, Delgado Betancourt E, Aebischer T, Seeber F, Klotz C (2021): Harmonization of protocols for multi-species organoid platforms to study the intestinal biology of Toxoplasma gondii and other protozoan infections.
    Front. Cell. Infect. Microbiol. 10: 610368. Epub Feb 22. doi: 10.3389/fcimb.2020.610368. mehr

  • Saghaug CS, Klotz C, Kallio JP, Aebischer T et al. (2020): Genetic diversity of the flavohemoprotein gene of Giardia lamblia: evidence for high allelic heterozygosity and copy number variation.
    Infect. Drug Resist. 13: 4531–4545. Epub Dec 18. doi: 10.2147/IDR.S274543. mehr

  • Yordanova IA, Cortés A, Klotz C et al. (2019): RORγt+ Treg to Th17 ratios correlate with susceptibility to Giardia infection.
    Sci. Rep. 9 (1): 20328. Epub Dec 30. doi: 10.1038/s41598-019-56416-9. mehr

  • Saghaug CS, Klotz C, Kallio JP, Brattbakk HR, Stokowy T, Aebischer T et al. (2019): Genetic variation in metronidazole metabolism and oxidative stress pathways in clinical Giardia lamblia assemblage A and B isolates.
    Infect. Drug Resist. 12: 1221–1235. Epub May 10. doi: 10.2147/IDR.S177997. mehr

  • Liu J, Svärd SG, Klotz C (2019): Giardia intestinalis cystatin is a potent inhibitor of papain, parasite cysteine proteases and, to a lesser extent, human cathepsin B.
    FEBS Lett. 593 (12): 1313-1325. Epub May 11. doi: 10.1002/1873-3468.13433. mehr

  • Delgado Betancourt E, Hamid B, Fabian BT, Klotz C, Hartmann S, Seeber F (2019): From entry to early dissemination—Toxoplasma gondii's initial encounter with its host.
    Front. Cell. Infect. Microbiol. 9: 46. Epub Mar 5. doi: 10.3389/fcimb.2019.00046. mehr

  • Geus D, Sifft KC, Habarugira F, Mugisha JC, Mukampunga C, Ndoli J, Bayingana C, Sendegeya A, Martus P, Fraundorfer K, von Samson-Himmelstjerna G, Gahutu JB, Klotz C, Aebischer T, Mockenhaupt FP (2019): Co-infections with Plasmodium, Ascaris and Giardia among Rwandan schoolchildren.
    Trop. Med. Int. Health 24 (4): 409-420. Epub Jan 19. doi: 10.1111/tmi.13206. mehr

  • Rehbein S, Klotz C, Ignatius R, Müller E, Aebischer T, Kohn B (2019): Giardia duodenalis in small animals and their owners in Germany: A pilot study.
    Zoonoses Public Health 66 (1): 117–124. Epub 2018 Nov 20. doi: 10.1111/zph.12541. mehr

  • Chalmers RM, Pérez-Cordón G, Cacció SM, Klotz C et al.; participants of the Cryptosporidium genotyping workshop (EURO-FBP) (2018): Cryptosporidium genotyping in Europe: The current status and processes for a harmonised multi-locus genotyping scheme
    Exp. Parasitol. 191: 25–30. Epub Jun 13. doi: 10.1016/j.exppara.2018.06.004. mehr

  • Helmy YA, Spierling NG, Schmidt S, Rosenfeld UM, Reil D, Imholt C, Jacob J, Ulrich RG, Aebischer T, Klotz C (2018): Occurrence and distribution of Giardia species in wild rodents in Germany
    Parasit. Vectors 11 (1): 213. Epub Mar 27. doi: 10.1186/s13071-018-2802-z. mehr

  • Torelli F, Zander S, Ellerbrok H, Kochs G, Ulrich RG, Klotz C, Seeber F (2018): Recombinant IFN-γ from the bank vole Myodes glareolus: a novel tool for research on rodent reservoirs of zoonotic pathogens
    Sci. Rep. 8 (1): 2797. Epub Feb 12. doi: 10.1038/s41598-018-21143-0. mehr

  • Klotz C, Šoba B et al. (2017): A European network for food-borne parasites (Euro-FBP): meeting report on 'Analytical methods for food-borne parasites in human and veterinary diagnostics and in food matrices'
    Parasit. Vectors 10 (1): 559. Epub Nov 9. doi: 10.1186/s13071-017-2506-9. mehr

  • Kraft MR, Klotz C, Bücker R, Schulzke JD, Aebischer T (2017): Giardia's Epithelial Cell Interaction In Vitro: Mimicking Asymptomatic Infection?
    Front. Cell. Infect. Microbiol. 7: 421. Epub Sep 26. doi: 10.3389/fcimb.2017.00421. mehr

  • Ehret T, Torelli F, Klotz C, Pedersen AB, Seeber F (2017): Translational rodent models for research on parasitic protozoa – a review of confounders and possibilities
    Front. Cell. Infect. Microbiol. 7: 238. Epub Jun 7. doi: 10.3389/fcimb.2017.00238. mehr

  • Radunovic M, Klotz C, Saghaug CS, Brattbakk HR, Aebischer T et al. (2017): Genetic variation in potential Giardia vaccine candidates cyst wall protein 2 and α1-giardin
    Parasitol. Res. 116 (8): 2151-2158. Epub Jun 3. doi: 10.1007/s00436-017-5516-9. mehr

  • Helmy YA, Klotz C, Wilking H, Krücken J, Nöckler K, Von Samson-Himmelstjerna G, Zessin KH, Aebischer T (2014): Epidemiology of Giardia duodenalis infection in ruminant livestock and children in the Ismailia province of Egypt: insights by genetic characterization
    Parasit. Vectors 7 (1): 321. Epub Jul 11. doi: 10.1186/1756-3305-7-321. mehr

  • Obendorf J, Renner Viveros P, Fehlings M, Klotz C, Aebischer T, Ignatius R (2013): Increased expression of CD25, CD83, and CD86, and secretion of IL-12, IL-23, and IL-10 by human dendritic cells incubated in the presence of Toll-like receptor 2 ligands and Giardia duodenalis
    Parasites & Vectors 6 (1): 317. Epub Nov 4. doi: 10.1186/1756-3305-6-317. mehr

  • Hahn J, Seeber F, Kolodziej H, Ignatius R, Laue M, Aebischer T, Klotz C (2013): High Sensitivity of Giardia duodenalis to Tetrahydrolipstatin (Orlistat) In Vitro
    PLoS One 8 (8): e71597. Epub Aug 19. doi: 10.1371/journal.pone.0071597. mehr

  • Banik S, Renner Viveros P, Seeber F, Klotz C, Ignatius R, Aebischer T (2013): Giardia duodenalis arginine deiminase modulates the phenotype and cytokine secretion of human dendritic cells by depletion of arginine and formation of ammonia
    Infect. Immun. 81 (7): 2309-2317. Epub Apr 15. doi: 10.1128/IAI.00004-13. mehr

  • Klotz C, Aebischer T, Seeber F (2012): Stem cell-derived cell cultures and organoids for protozoan parasite propagation and studying host–parasite interaction
    Int. J. Med. Microbiol. 302 (4-5): 203-209. Epub Aug 13. DOI: 10.1016/j.ijmm.2012.07.010. mehr

  • Ignatius R, Gahutu JB, Klotz C, Steininger C, Shyirambere C, Lyng M, Musemakweri A, Aebischer T et al. (2012): High Prevalence of Giardia duodenalis Assemblage B Infection and Association with Underweight in Rwandan Children
    PLoS Negl. Trop. Dis. 6 (6): e1677. Epub Jun 12. doi: 10.1371/journal.pntd.0001677. mehr

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