Master of Science / Department of Biomedical Sciences / Sanjeev K. Narayanan / Fusobacterium necrophorum is an anaerobic Gram-negative non spore forming rod shaped bacteria that is a normal inhabitant of the alimentary tract of humans and animals. Two subspecies of F. necrophorum have been recognized- subspecies necrophorum and subspecies funduliforme. Subspecies necrophorum is an opportunistic pathogen in animals causing diseases such as bovine hepatic abscesses and sheep foot rot while as subspecies funduliforme is linked with human oral and hepatic infections such as sore throats, Lemierre’s syndrome and hepatic abscesses. The pathogenic mechanisms of F. necrophorum are complex and are not well understood or defined. Several virulence factors such as leukotoxin, haemolysin, haemagglutinin and adhesin have been described. One of the most important factors in F. necrophorum bacterial pathogenesis is the adhesion of the bacteria to the host cell. The adhesion of the bacteria to the host cell helps it colonize the host tissue and this is followed by intracellular multiplication with dissemination to other tissues, which could ultimately lead to septicemia and death. Bacteria use adhesins which are proteins found in the outer membrane which help them bind with host receptors and this helps with the adhesion of the bacteria to the host cell. Not much is known about F. necrophorum adhesins. Here, we describe and characterize a novel adhesin.

Doctor of Philosophy / Department of Diagnostic Medicine/Pathobiology / Sanjeev K. Narayanan / Fusobacterium necrophorum is a Gram-negative, anaerobic, and rod-shaped to pleomorphic bacterium. It is frequently associated with necrotic infections of animals and humans. It is a major bovine pathogen and causes hepatic abscesses, foot rot, and necrotic laryngitis (calf-diphtheria). Liver abscesses in feedlot cattle and foot rot in beef and dairy cattle are of significant economic importance to the cattle industry. Fusobacterium necrophorum is classified into two subspecies, subsp. necrophorum and subsp. funduliforme. The subsp. necrophorum is more virulent and isolated more frequently from bovine hepatic abscesses than subsp. funduliforme. Outer membrane proteins (OMPs) of Gram-negative bacteria play an important role in their adhesion to host eukaryotic cells and hence, help in the establishment of infection and disease. Our objectives were to characterize OMPs of the two subspecies of F. necrophorum and assess their role in adhesion to bovine cells. Electrophoretic separation of extracted OMPs of subsp. necrophorum showed a total of 19 bands. Four bands of 38, 40, 60 and 74 kDa were more prominent than others. The OMPs of subsp. funduliforme showed a total of 20 proteins bands, of which, five were prominent (37.5, 58, 70, 140 and 150 kDa). The 40 kDa band was prominent in subsp. necrophorum while 37.5 kDa band was prominent in subsp. funduliforme. The human strains of F. necrophorum subsp. funduliforme had more heterogeneous banding patterns than the bovine strains of subsp. funduliforme. The role of OMPs in adhesion was studied using bovine endothelial cell line (EJG cells). A significant decrease in the attachment of subsp. necrophorum and subsp. funduliforme to bovine endothelial cell line (EJG cells) was observed when the cell line was preincubated with the OMPs of each subspecies. Treatment of the bacterial cells with trypsin also decreased their binding. In addition, when each subspecies was incubated with the polyclonal antibody produced against their OMPs before adding them to endothelial cells, there was a significant reduction in the bacterial attachment and the inhibition was subspecies specific. A 40 kDa OMP of subsp. necrophorum was identified that binds to the bovine endothelial cells with high affinity. The protein when preincubated with the endothelial cells, lead to a significant decrease in the bacterial binding to the endothelial cells. The N-terminal sequencing of the protein indicated similarity to FomA, an outer membrane protein of Fusobacterium nucleatum, an oral pathogen of humans. In summary, OMPs of F. necrophorum subsp. necrophorum and subsp. funduliforme differ from each other and they play a significant role in binding to bovine endothelial cells. We identified a 40 kDa OMP in subsp. necrophorum that binds to the bovine endothelial cells with high affinity and have a potential role as adhesin.

Master of Science / Department of Animal Sciences and Industry / Evan C. Titgemeyer / Seven ruminally cannulated heifers approximately 225 kg initial BW were used in a 7 × 4 Youden square design to determine the effects of different levels of limonene on ruminal Fusobacterium necrophorum populations. Treatments included: 1) control, 2) limonene at10 mg/kg diet DM, 3) limonene at 20 mg/kg diet DM, 4) limonene at 40 mg/kg diet DM, 5) limonene at 80 mg/kg diet DM, 6) CRINA-L (a blend of essential oil components) at 180 mg/kg diet DM, 7) tylosin at 12 mg/kg diet DM. Each period included 11 d with 10 d washouts between periods. Samples were collected on d 0 (before treatment initiation), 4, 7, and 10 for measuring F. necrophorum by most probable number (MPN) method using selective culture medium. Results indicate that CRINA-L (P = 0.52) and tylosin (P = 0.19) did not affect ruminal F. necrophorum populations. Limonene linearly decreased (P = 0.03) F. necrophorum populations, and the optimal dietary concentration for limonene was 40 mg/kg DM. Limonene did not affect ruminal degradation rate of lysine, NH3 concentration, or VFA profiles in ruminal fluid. Limonene was useful for reducing ruminal concentrations of F. necrophorum. It may have potential to control liver abscesses, although further research will be needed to assess the effect of limonene under feedlot conditions.

Doctor of Philosophy / Department of Diagnostic Medicine/Pathobiology / Tiruvoor G. Nagaraja / George C. Stewart / Fusobacterium necrophorum, a gram negative anaerobe and an opportunistic pathogen, causes necrotic infections in humans and animals. Two subspecies of F. necrophorum, subsp. necrophorum and subsp. funduliforme are described. Leukotoxin (Lkt), a secreted protein encoded by a tricistronic operon (lktBAC), is the major virulence factor of F. necrophorum. The concentration of Lkt produced by subsp. necrophorum is higher than that of subsp. funduliforme. Quantitative-PCR was used to determine the relative expression of lktA by the two subspecies of bovine origin. The mRNA transcript of lktA was detectable in early-log phase of growth in subsp. necrophorum, whereas in subsp. funduliforme, the lktA transcript was detected only in the mid-log phase. Q-PCR analysis revealed that subsp. necrophorum had 20-fold more lktA transcript than subsp. funduliforme. The amount of lktA transcript declined by late-log phase in both subspecies; but lktA mRNA levels in subsp. necrophorum was 8-fold higher than in subsp. funduliforme. Leukotoxin protein stability assays showed the Lkt to be stable in both subspecies despite the decrease in the concentration of the protein during late-log phase. The subspecies identity of human F. necrophorum strains and whether they possess lktA and leukotoxin activity are not known. Human clinical isolates (n = 4) of F. necrophorum were identified as subsp. funduliforme based on 16S rRNA sequence and absence of hemagglutinin gene. Four human strains had the lkt promoter, lktB, and lktC similar to that of subsp. funduliforme. One strain had full length lktA, while other three strains exhibited considerable heterogeneity. All four strains secreted Lkt that was toxic to human leukocytes. Fusobacterium equinum, formerly F. necrophorum, is a newly recognized species. It is associated with infections of the respiratory tract in horses. Little is known about the virulence factors of F. equinum. Southern hybridization revealed that F. equinum strains had lktA gene with greater similarities to F. necrophorum subsp. necrophorum. The toxicity of culture supernatants of isolates to equine leukocytes was variable. Our data indicate that F. equinum isolates possess lktA gene and exhibit leukotoxin activity. The importance of leukotoxin as a virulence factor in human and equine fusobacterial infections needs to be investigated.

<p>  </p> <p><em>Fusobacterium necrophorum</em> is a Gram-negative, anaerobic, opportunistic pathogen that causes necrotic infections in cattle leading to liver abscess, foot rot, and calf diphtheria. Particularly, liver abscess in cattle is reported at 20.7% annually, and leads to liver condemnation and an annual economic burden of about 62 million dollars to the feedlot industry. Antibiotic administration is the mainstay of treating these infections, but antibiotic resistance is unavoidable and demand for antibiotic-free, natural, and organic beef has demanded alternative therapies and preventatives. Vaccination is one of the best alternatives to prophylactic antibiotic administration. In this study, we have explored outer membrane proteins (OMPs) and outer membrane vesicles (OMVs) for potential vaccine candidates. OMPs and OMVs are vaccine targets because of their antigenic properties and host specificity. Additionally, we performed comparative genomic analysis of <em>F. necrophorum</em> species to identify additional virulence genes with vaccine potential, unique to the <em>F. necrophorum</em> and its virulent subspecies <em>necrophorum</em>. </p> <p>Protein- protein interaction investigation through binding assay and pulldown assay identified novel OMPs, namely 17kDa, 22kDa, and 66.3 kDa proteins, which were further characterized as OmpH, OmpA and Cell Surface Protein (CSP), respectively. In this study, these novel OMPs including previously characterized 43kDa OMPs were cloned, and recombinant proteins were expressed and purified. These recombinant proteins were used to generate polyclonal antibodies in rabbits, and their efficacy was studied using <em>in vitro</em> adhesion inhibition assays. The combination of two or more antibodies raised against the recombinant OMPs was significantly effective in reducing/neutralizing bacterial binding to bovine endothelial cells compared to individual antibody treatment. This suggests that a multiple subunit vaccine could be effective and provide sufficient evidence to perform <em>in vivo</em> studies. </p> <p>Similarly, we purified OMVs of <em>F. necrophorum</em> subspecies <em>necrophorum</em> 8L1 and analyzed its content using proteomics and lipidomics. Out of 342 proteins identified by tandem liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), OMPs and toxins were the most abundant. These included OMPs and toxins namely, 43 kDa OMP, OmpH, OmpA, CSP, FadA, leukotoxin family filamentous adhesin, N-terminal domain of hemagglutinin and other OMP transport and assembly factor protein. The presence of a subset of these proteins was further confirmed by western blot analysis. Lipidomics analysis showed that OMVs contained phospholipid, sphingolipid, and acetyl carnitine as the main lipid contents. Cytotoxicity assay on BL-3 cell line showed that these OMVs have a toxic effect on host immune cells and could impart immunomodulatory effect. All these findings suggest the vaccine potential of OMVs and demand dose-based <em>in vivo</em> study.</p> <p>In addition, we identified and characterized 5 clinical isolates of <em>F. necrophorum</em> using comparative genomics, UBCG (Up-to-date Bacterial Core Gene) based analysis enabled phylogenetic characterization of 46 <em>F. necrophorum</em> genomes into subspecies specific clades. The pangenome and recombination analysis showed the extensive disparity in accessory genes resulting in species divergence. Strikingly, we detected antimicrobial resistance gene for macrolides and tetracycline in one strain of <em>F. necrophorum</em>, a harbinger of the start of resistance and necessitating search for an alternative prophylactic method. We also noted common virulence genes, including toxins, outer membrane adhesion proteins, cell envelope, type IV secretion system, ABC (ATP-binding cassette) transporters and transporter proteins in <em>F. necrophorum</em> strains. A focused study on these genes could help identify the main genes of virulence and inform effective vaccination strategies against fusobacterial infections. </p> <p>Overall, the studies suggest adhesins and toxin and/or OMV-based subunit vaccine could be potential targets for vaccine development against fusobacterial infections.  </p>

In der vorliegenden Arbeit sollten die in der veterinärmedizinischen Literatur bisher diskutierten Ursachen für LJD bei Makropoden hinsichtlich ihrer tatsächlichen Bedeutung abgeklärt und die Eignung einer formalininaktivierten, bestandsspezifischen Adsorbatvakzine zur Prophylaxe von LJD getestet werden. Da LJD eine parodontale Erkrankung darstellt, wurden auch die für Entstehung einer humanen Parodontitis prädisponierenden Faktoren mit in die Untersuchung einbezogen. Es wurden Tupferproben zur bakteriologischen Untersuchung von insgesamt 15 gesunden und 11 an LJD erkrankten Kängurus entnommen. Dabei konnten gramnegative Anaerobier bei allen Tieren isoliert werden. Fusobacterium nucleatum wurde in 82% der von an LJD erkrankten und nur in 33% der von gesunden Tieren entnommenen Tupferproben nachgewiesen, womit sich ein signifikanter Zusammenhang (P < 0,05) zwischen diesem Erreger und LJD ergab. Weitere überwiegend bei erkrankten Makropoden nachgewiesene Anaerobier stellten Prevotella oris/oralis (bei 73% der LJD-Fälle und bei 40% der gesunden Tiere) sowie Capnocytophaga spp. (45% vs. 13%) dar. Bacteroides spp. und Porphyromonas gingivalis wurden – wenn auch nur mit 3 bzw. 2 Nachweisen – ausschließlich bei kranken Tieren isoliert. Fusobacterium necrophorum wurde jeweils in 27% der Kängurus gefunden und spielte damit in dieser Studie keine Rolle für die Entstehung von LJD. In Übereinstimmung mit der Literatur konnten Moraxella spp. ausschließlich bei gesunden Makropoden isoliert werden. Vertreter dieser Gattung gehören damit offensichtlich zur normalen Maulflora der Kängurus. Für die Zoos in Halle und Leipzig wurde eine formalininaktivierte, bestandsspezifische Adsorbatvakzine gegen die bei einem an LJD erkrankten Känguru des jeweiligen Bestandes isolierten gramnegativen Anaerobier hergestellt. 7 Tiere (2 Rote Riesenkängurus, 5 Bennettwallabies) des Leipziger Zoos und 6 Bennettkängurus des Zoos in Halle wurden geimpft, wobei Auffrischungsimpfungen nach 4 bzw. 8 Wochen und nach 6 bzw. 12 Monaten erfolgten. Die spezifischen AK gegen das Prüfantigen Fusobacterium necrophorum wurden im SLA bestimmt. Es konnte keine Erhöhung der AK-Titer induziert werden und auch die Todesrate infolge von LJD senkte sich während des Untersuchungszeitraumes von 42 Monaten in den beiden Zoos nicht. Die höchsten AK-Level (1:512 bis 1:2048) ließen sich im Serum von natürlich infizierten und letztendlich tödlich erkrankten Bennettwallabies des Zoos in Hoyerswerda feststellen. Der Nachweis von AK-Titern im Serum von nicht geimpften Jungtieren lässt vermuten, dass AK via Kolostrum oder Dottersackplazenta auf die Jungtiere übertragen werden. Die Untersuchungen hinsichtlich der Fütterung zeigten, dass im Zoo Leipzig eine azidotische Stoffwechsellage induziert wurde, was sich bei den Leipziger Bennettkängurus in einem mit 7,53 signifikant niedrigeren Vormagen-pH-Wert im Vergleich zu den Hallenser und Auer Tieren (8,25 und 8,38) offenbarte. Dies schlug sich auch in erhöhten K-, Cholesterol- und &#61537;-Amylasewerten im Serum der Leipziger Wallabies nieder, womit gezeigt werden konnte, dass sich diese Parameter offenbar auch bei Makropoden zur Diagnostik einer chronischen Azidose eignen. Die Versorgung der Bennettkängurus in Magdeburg und Halle mit Ca und P war zwar nicht ausreichend, spiegelte sich aber nicht in veränderten Blutwerten dieser Mengenelemente wider. Die Aktivität der AP nimmt mit zunehmenden Alter ähnlich wie bei anderen Tierarten ab. Ihre negative Korrelation mit dem Alter der Tiere war dabei hochsignifikant (P < 0,001, r = 0,77 bzw. 0,62). Beim direkten Vergleich gesunder mit an LJD erkrankten Tieren konnte weder eine Störung im Ca/P-Stoffwechsel noch eine Azidose in Verbindung zu LJD gebracht werden. In allen Zoos erfolgte eine Überversorgung mit Vitamin A, wobei die Bedarfswerte für Schaflämmer um das 3,5fache bis 41fache übertroffen wurden. Den Bedarfswerten am nächsten lagen die Versorgungswerte der Bennettkängurus vom TP Aue und der Östlichen Grauen Riesenkängurus vom Zoo Magdeburg, beides Bestände ohne LJD. Die ermittelten Retinolplasmakonzentrationen standen in keiner Beziehung zu den Vitamin-A-Gehalten im Futter, was darauf hindeutet, dass sich Retinolbestimmungen im Blutplasma ebenso wie bei anderen Tierarten nur in extremsten defizitären Situationen zur Einschätzung des Vitamin-A-Status eignen. Ob eine Hypervitaminose A für die Entstehung von LJD tatsächlich eine Rolle spielt, muss in zukünftigen Arbeiten unter Einbeziehung von Retinolesterbestimmungen in der Leber abgeklärt werden. Die Glukosewerte lagen mit 8,57 mmol/l (M. rufus) bzw. 6,51 mmol/l (M. rufogriseus) über den bisher bekannten Werten aus der Literatur. Da die Werte bei an LJD erkrankten Kängurus niedriger waren als bei gesunden Tieren, kann ein Diabetes mellitus als Ursache für LJD ausgeschlossen werden. Weder die Durchsicht von 144 Sektionsprotokollen noch die Bestimmung der Kreatinin- und Harnstoffkonzentration im Serum von an LJD erkrankten Tieren ließen einen Zusammenhang zwischen Erkrankungen der Nieren und LJD erkennen. 30 Tiere verendeten an LJD, wovon 20% auch an den Nieren erkrankt waren. Allerdings wiesen auch 16,7% der anderweitig gestorbenen Kängurus eine Nierenerkrankung auf. Die Serumkonzentrationen von Harnstoff bzw. Kreatinin der an LJD erkrankten Makropoden unterschieden sich nicht von den für die gesunden Roten Riesenkängurus (7,40 mmol bzw. 114 mmol/l) und Bennettwallabies (7,81 mmol/l bzw. 86 mmol/l) ermittelten Werten. Insgesamt 184 Sera von 107 Kängurus wurden auf AK gegen MaHV-1 und MaHV-2 mittels Neutralisationtest geprüft. Während 94,4% bzw. 97,2% der Roten Riesenkängurus serologisch positiv für MaHV-1 bzw. MaHV-2 waren, reagierten von den 71 überprüften Bennettkängurus nur 4 bzw. 3 Tiere positiv. Unter den Wallabies befanden sich auch 21 an LJD erkrankte Tiere, wovon lediglich 2 Tiere gegen MaHV-1 und 1 Tier gegen MaHV-2 eine Serokonversion zeigten. Die AK-Titer der Roten Riesenkängurus ließen keine Unterschiede zwischen gesunden und an LJD leidenden Tieren zu und die entnommenen Serumpaarproben von 5 zum Zeitpunkt der Blutentnahme an LJD leidenden Riesenkängurus zeigten kein einheitliches Verhalten im Sinne einer Serokonversion. Somit ließ sich der Verdacht, dass die Reaktivierung latenter Herpesinfektionen die Ursache für LJD sein könnte, nicht bestätigen. Im Ergebnis der vorliegenden Studie und im Zusammenhang mit den Angaben aus der Literatur stellt sich LJD primär als eine Infektion mit gramnegativen Anaerobiern dar, wovon Fusobacterium nucleatum, Bacteroides spp., Prophyromonas gingivalis und Fusobacterium necrophorum, Biovar A die größte Bedeutung haben dürften. Den Abschluss der Arbeit bilden Empfehlungen für die Haltung von Kängurus in zoologischen Einrichtungen und für die Therapie von LJD. Im Anhang finden sich Röntgenaufnahmen und Photographien von erkrankten und gesunden Makropoden. / The aim of this thesis was the investigation of the aetiology of Lumpy Jaw Disease (LJD) in macropods concentrating specifically on the causes of the diseases in current veterinary medicine literature and to evaluate the use of a group-specific Al(OH)3-adjuvanted, formalin-inactivated whole-cell vaccine for the control of LJD in kangaroos kept in zoos. LJD is regarded as periodontal disease, therefore the risk factors for the development of human periodontitis were also included in this study. The oral flora from 15 healthy macropods and 11 animals suffering from LJD was isolated. At least one anaerobic gram-negative bacterial species was found in swabs of each macropod. The occurrence of Fusobacterium nucleatum was associated with LJD (P < 0.05) by detecting this bacterium in 82% of the kangaroos suffering from LJD compared to only in 33% of the healthy animals. Prevotella oris/oralis and Capnocytophaga spp. were also predominantly found in diseased animals in comparison with healthy macropods (73% vs. 40% and 45% vs. 13% respectively). Bacteroides spp. and Porphyromonas gingivalis were isolated in only 3 and 2 kangaroos suffering from LJD, respectively. Contrary to previously published studies about LJD Fusobacterium necrophorum was not associated with LJD, as this anaerobe was detected in only 27% of the diseased as well as healthy macropods. Moraxella spp. seem to be a part of the normal oral flora of macropods and was found exclusively in healthy animals. 11 Red-necked Wallabies (Macropus rufogriseus) and 2 Red Kangaroos (Macropus rufus) were immunized with a group-specific Al(OH)3-adjuvanted, formalin-inactivated whole-cell vaccine containing previously in a kangaroo suffering from LJD isolated gramnegative anaerobs. The kangaroos were re-vaccinated after 1, 2, 6 and 12 months. Blood was collected from each animal at the same time. Antibodies were titrated against Fusobacterium necrophorum in an agglutination assay. The vaccine failed to induce increased levels of antibodies as well as to protect wallabies and kangaroos against LJD. As the highest antibody titres were detected in most severely diseased wallabies kept in the Hoyerswerda zoo, the protective role of the humoral immune response in LJD seems to be doubtful. The finding of detectable levels of antibodies in unvaccinated joeys supports the theory, that there is a transmission of antibodies from the mother to the offspring via colostrum or yolk-sac placenta. The diet of the Red-necked Wallabies in one zoo has induced an acidosis: The pH of the forestomach fluid collected by probang was lower in the animals of this zoo (pH = 7.53) than in the wallabies of two other zoos (pH = 8.25 and 8.38, respectively). Potassium, cholesterol and &#61537;-amylase were also higher in the blood of the animals of this zoo in comparison to the wallabies of the two other ones, hence these blood values seem to be helpful for the diagnosis of chronic acidosis in macropods. There was a calcium and phosphor deficiency in the nutrition of the wallabies in two zoos, but the blood concentration of both of these minerals was not changed. The activity of the ALP correlated negative with the age of the Bennett`s Wallabies (P < 0.001, r = -.77 and r = -.62 respectively, depending on the instruments). All of the above mentioned blood values showed no differences between healthy and diseased animals and could so far not support the assumption, that an imbalance in Ca and P metabolism or an acidosis are important factors for LJD. The macropods of all investigated zoos were fed on a diet rich in vitamin A ranging from the 3.5 to the 41fold requirement for lambs. The vitamin A content of the diets for the 2 collections without a history of LJD was the lowest in this study. These results raised the point, that a hypervitaminosis A could be a more predisposing factor for LJD than a vitamin A deficiency. Due to the fact the plasma retinol concentration was independent from the vitamin A content of the diet and so not helpful in diagnosis of a vitamin A deficiency or toxicity, further investigations regarding the role of vitamin A in the aetiopathogenesis of LJD should include measurements of the liver tissue content of retinol esters. The glucose plasma concentration of the healthy Red Kangaroos (8.57 mmol/l) as well as the Red-necked Wallabies (6.51 mmol/l) was higher than previously published values for macropods, but also higher than the results of the diseased animals in this study. Therefore diabetes mellitus can be ruled out as an underlying factor for LJD. The analysis of 144 pathological records showed, that 30 animals died because of LJD, 20% of them and 16.7% of the other 114 macropods had a concurrent kidney disease. The urea and creatinin concentration in serum samples of healthy animals was not higher than the values of diseased animals. In conclusion, these results suggest kidney diseases are not important for the development of LJD. Altogether 184 sera collected from 107 kangaroos were tested for antibodies against MaHV-1 and MaHV-2 using a neutralisation assay. The prevalence of the MaHV-1- as well as MaHV-2-antibodies was high among the Red Kangaroos (94.4% and 97.2% respectively), but low among the Red-necked Wallabies (5.6% and 4.2% respectively). Seroconversion for MaHV-1 was seen in 2 out of 21 wallabies suffering from LJD, only 1 of these animals also had antibodies against MaHV-2. The antibody-titres against both of the macropodid herpes viruses also did not differ between Red Kangaroos with and without LJD, therefore a reactivation of a latent herpesvirus infection does not appear to be causative for LJD. In summary, considering the results of this study and previously published literature LJD is an infectious disease caused by gramnegative anaerobic bacteria with Fusobacterium nucleatum, Bacteroides spp., Porphyromonas gingivalis and Fusobacterium necrophorum subsp. necrophorum being of most significance. Recommendations concerning the keeping of kangaroos in captivity and the management of LJD are listed in the conclusion of this thesis. Some radiographs and photos of diseased and healthy kangaroos are attached.

In der vorliegenden Arbeit sollten die in der veterinärmedizinischen Literatur bisher diskutierten Ursachen für LJD bei Makropoden hinsichtlich ihrer tatsächlichen Bedeutung abgeklärt und die Eignung einer formalininaktivierten, bestandsspezifischen Adsorbatvakzine zur Prophylaxe von LJD getestet werden. Da LJD eine parodontale Erkrankung darstellt, wurden auch die für Entstehung einer humanen Parodontitis prädisponierenden Faktoren mit in die Untersuchung einbezogen. Es wurden Tupferproben zur bakteriologischen Untersuchung von insgesamt 15 gesunden und 11 an LJD erkrankten Kängurus entnommen. Dabei konnten gramnegative Anaerobier bei allen Tieren isoliert werden. Fusobacterium nucleatum wurde in 82% der von an LJD erkrankten und nur in 33% der von gesunden Tieren entnommenen Tupferproben nachgewiesen, womit sich ein signifikanter Zusammenhang (P < 0,05) zwischen diesem Erreger und LJD ergab. Weitere überwiegend bei erkrankten Makropoden nachgewiesene Anaerobier stellten Prevotella oris/oralis (bei 73% der LJD-Fälle und bei 40% der gesunden Tiere) sowie Capnocytophaga spp. (45% vs. 13%) dar. Bacteroides spp. und Porphyromonas gingivalis wurden – wenn auch nur mit 3 bzw. 2 Nachweisen – ausschließlich bei kranken Tieren isoliert. Fusobacterium necrophorum wurde jeweils in 27% der Kängurus gefunden und spielte damit in dieser Studie keine Rolle für die Entstehung von LJD. In Übereinstimmung mit der Literatur konnten Moraxella spp. ausschließlich bei gesunden Makropoden isoliert werden. Vertreter dieser Gattung gehören damit offensichtlich zur normalen Maulflora der Kängurus. Für die Zoos in Halle und Leipzig wurde eine formalininaktivierte, bestandsspezifische Adsorbatvakzine gegen die bei einem an LJD erkrankten Känguru des jeweiligen Bestandes isolierten gramnegativen Anaerobier hergestellt. 7 Tiere (2 Rote Riesenkängurus, 5 Bennettwallabies) des Leipziger Zoos und 6 Bennettkängurus des Zoos in Halle wurden geimpft, wobei Auffrischungsimpfungen nach 4 bzw. 8 Wochen und nach 6 bzw. 12 Monaten erfolgten. Die spezifischen AK gegen das Prüfantigen Fusobacterium necrophorum wurden im SLA bestimmt. Es konnte keine Erhöhung der AK-Titer induziert werden und auch die Todesrate infolge von LJD senkte sich während des Untersuchungszeitraumes von 42 Monaten in den beiden Zoos nicht. Die höchsten AK-Level (1:512 bis 1:2048) ließen sich im Serum von natürlich infizierten und letztendlich tödlich erkrankten Bennettwallabies des Zoos in Hoyerswerda feststellen. Der Nachweis von AK-Titern im Serum von nicht geimpften Jungtieren lässt vermuten, dass AK via Kolostrum oder Dottersackplazenta auf die Jungtiere übertragen werden. Die Untersuchungen hinsichtlich der Fütterung zeigten, dass im Zoo Leipzig eine azidotische Stoffwechsellage induziert wurde, was sich bei den Leipziger Bennettkängurus in einem mit 7,53 signifikant niedrigeren Vormagen-pH-Wert im Vergleich zu den Hallenser und Auer Tieren (8,25 und 8,38) offenbarte. Dies schlug sich auch in erhöhten K-, Cholesterol- und &#61537;-Amylasewerten im Serum der Leipziger Wallabies nieder, womit gezeigt werden konnte, dass sich diese Parameter offenbar auch bei Makropoden zur Diagnostik einer chronischen Azidose eignen. Die Versorgung der Bennettkängurus in Magdeburg und Halle mit Ca und P war zwar nicht ausreichend, spiegelte sich aber nicht in veränderten Blutwerten dieser Mengenelemente wider. Die Aktivität der AP nimmt mit zunehmenden Alter ähnlich wie bei anderen Tierarten ab. Ihre negative Korrelation mit dem Alter der Tiere war dabei hochsignifikant (P < 0,001, r = 0,77 bzw. 0,62). Beim direkten Vergleich gesunder mit an LJD erkrankten Tieren konnte weder eine Störung im Ca/P-Stoffwechsel noch eine Azidose in Verbindung zu LJD gebracht werden. In allen Zoos erfolgte eine Überversorgung mit Vitamin A, wobei die Bedarfswerte für Schaflämmer um das 3,5fache bis 41fache übertroffen wurden. Den Bedarfswerten am nächsten lagen die Versorgungswerte der Bennettkängurus vom TP Aue und der Östlichen Grauen Riesenkängurus vom Zoo Magdeburg, beides Bestände ohne LJD. Die ermittelten Retinolplasmakonzentrationen standen in keiner Beziehung zu den Vitamin-A-Gehalten im Futter, was darauf hindeutet, dass sich Retinolbestimmungen im Blutplasma ebenso wie bei anderen Tierarten nur in extremsten defizitären Situationen zur Einschätzung des Vitamin-A-Status eignen. Ob eine Hypervitaminose A für die Entstehung von LJD tatsächlich eine Rolle spielt, muss in zukünftigen Arbeiten unter Einbeziehung von Retinolesterbestimmungen in der Leber abgeklärt werden. Die Glukosewerte lagen mit 8,57 mmol/l (M. rufus) bzw. 6,51 mmol/l (M. rufogriseus) über den bisher bekannten Werten aus der Literatur. Da die Werte bei an LJD erkrankten Kängurus niedriger waren als bei gesunden Tieren, kann ein Diabetes mellitus als Ursache für LJD ausgeschlossen werden. Weder die Durchsicht von 144 Sektionsprotokollen noch die Bestimmung der Kreatinin- und Harnstoffkonzentration im Serum von an LJD erkrankten Tieren ließen einen Zusammenhang zwischen Erkrankungen der Nieren und LJD erkennen. 30 Tiere verendeten an LJD, wovon 20% auch an den Nieren erkrankt waren. Allerdings wiesen auch 16,7% der anderweitig gestorbenen Kängurus eine Nierenerkrankung auf. Die Serumkonzentrationen von Harnstoff bzw. Kreatinin der an LJD erkrankten Makropoden unterschieden sich nicht von den für die gesunden Roten Riesenkängurus (7,40 mmol bzw. 114 mmol/l) und Bennettwallabies (7,81 mmol/l bzw. 86 mmol/l) ermittelten Werten. Insgesamt 184 Sera von 107 Kängurus wurden auf AK gegen MaHV-1 und MaHV-2 mittels Neutralisationtest geprüft. Während 94,4% bzw. 97,2% der Roten Riesenkängurus serologisch positiv für MaHV-1 bzw. MaHV-2 waren, reagierten von den 71 überprüften Bennettkängurus nur 4 bzw. 3 Tiere positiv. Unter den Wallabies befanden sich auch 21 an LJD erkrankte Tiere, wovon lediglich 2 Tiere gegen MaHV-1 und 1 Tier gegen MaHV-2 eine Serokonversion zeigten. Die AK-Titer der Roten Riesenkängurus ließen keine Unterschiede zwischen gesunden und an LJD leidenden Tieren zu und die entnommenen Serumpaarproben von 5 zum Zeitpunkt der Blutentnahme an LJD leidenden Riesenkängurus zeigten kein einheitliches Verhalten im Sinne einer Serokonversion. Somit ließ sich der Verdacht, dass die Reaktivierung latenter Herpesinfektionen die Ursache für LJD sein könnte, nicht bestätigen. Im Ergebnis der vorliegenden Studie und im Zusammenhang mit den Angaben aus der Literatur stellt sich LJD primär als eine Infektion mit gramnegativen Anaerobiern dar, wovon Fusobacterium nucleatum, Bacteroides spp., Prophyromonas gingivalis und Fusobacterium necrophorum, Biovar A die größte Bedeutung haben dürften. Den Abschluss der Arbeit bilden Empfehlungen für die Haltung von Kängurus in zoologischen Einrichtungen und für die Therapie von LJD. Im Anhang finden sich Röntgenaufnahmen und Photographien von erkrankten und gesunden Makropoden. / The aim of this thesis was the investigation of the aetiology of Lumpy Jaw Disease (LJD) in macropods concentrating specifically on the causes of the diseases in current veterinary medicine literature and to evaluate the use of a group-specific Al(OH)3-adjuvanted, formalin-inactivated whole-cell vaccine for the control of LJD in kangaroos kept in zoos. LJD is regarded as periodontal disease, therefore the risk factors for the development of human periodontitis were also included in this study. The oral flora from 15 healthy macropods and 11 animals suffering from LJD was isolated. At least one anaerobic gram-negative bacterial species was found in swabs of each macropod. The occurrence of Fusobacterium nucleatum was associated with LJD (P < 0.05) by detecting this bacterium in 82% of the kangaroos suffering from LJD compared to only in 33% of the healthy animals. Prevotella oris/oralis and Capnocytophaga spp. were also predominantly found in diseased animals in comparison with healthy macropods (73% vs. 40% and 45% vs. 13% respectively). Bacteroides spp. and Porphyromonas gingivalis were isolated in only 3 and 2 kangaroos suffering from LJD, respectively. Contrary to previously published studies about LJD Fusobacterium necrophorum was not associated with LJD, as this anaerobe was detected in only 27% of the diseased as well as healthy macropods. Moraxella spp. seem to be a part of the normal oral flora of macropods and was found exclusively in healthy animals. 11 Red-necked Wallabies (Macropus rufogriseus) and 2 Red Kangaroos (Macropus rufus) were immunized with a group-specific Al(OH)3-adjuvanted, formalin-inactivated whole-cell vaccine containing previously in a kangaroo suffering from LJD isolated gramnegative anaerobs. The kangaroos were re-vaccinated after 1, 2, 6 and 12 months. Blood was collected from each animal at the same time. Antibodies were titrated against Fusobacterium necrophorum in an agglutination assay. The vaccine failed to induce increased levels of antibodies as well as to protect wallabies and kangaroos against LJD. As the highest antibody titres were detected in most severely diseased wallabies kept in the Hoyerswerda zoo, the protective role of the humoral immune response in LJD seems to be doubtful. The finding of detectable levels of antibodies in unvaccinated joeys supports the theory, that there is a transmission of antibodies from the mother to the offspring via colostrum or yolk-sac placenta. The diet of the Red-necked Wallabies in one zoo has induced an acidosis: The pH of the forestomach fluid collected by probang was lower in the animals of this zoo (pH = 7.53) than in the wallabies of two other zoos (pH = 8.25 and 8.38, respectively). Potassium, cholesterol and &#61537;-amylase were also higher in the blood of the animals of this zoo in comparison to the wallabies of the two other ones, hence these blood values seem to be helpful for the diagnosis of chronic acidosis in macropods. There was a calcium and phosphor deficiency in the nutrition of the wallabies in two zoos, but the blood concentration of both of these minerals was not changed. The activity of the ALP correlated negative with the age of the Bennett`s Wallabies (P < 0.001, r = -.77 and r = -.62 respectively, depending on the instruments). All of the above mentioned blood values showed no differences between healthy and diseased animals and could so far not support the assumption, that an imbalance in Ca and P metabolism or an acidosis are important factors for LJD. The macropods of all investigated zoos were fed on a diet rich in vitamin A ranging from the 3.5 to the 41fold requirement for lambs. The vitamin A content of the diets for the 2 collections without a history of LJD was the lowest in this study. These results raised the point, that a hypervitaminosis A could be a more predisposing factor for LJD than a vitamin A deficiency. Due to the fact the plasma retinol concentration was independent from the vitamin A content of the diet and so not helpful in diagnosis of a vitamin A deficiency or toxicity, further investigations regarding the role of vitamin A in the aetiopathogenesis of LJD should include measurements of the liver tissue content of retinol esters. The glucose plasma concentration of the healthy Red Kangaroos (8.57 mmol/l) as well as the Red-necked Wallabies (6.51 mmol/l) was higher than previously published values for macropods, but also higher than the results of the diseased animals in this study. Therefore diabetes mellitus can be ruled out as an underlying factor for LJD. The analysis of 144 pathological records showed, that 30 animals died because of LJD, 20% of them and 16.7% of the other 114 macropods had a concurrent kidney disease. The urea and creatinin concentration in serum samples of healthy animals was not higher than the values of diseased animals. In conclusion, these results suggest kidney diseases are not important for the development of LJD. Altogether 184 sera collected from 107 kangaroos were tested for antibodies against MaHV-1 and MaHV-2 using a neutralisation assay. The prevalence of the MaHV-1- as well as MaHV-2-antibodies was high among the Red Kangaroos (94.4% and 97.2% respectively), but low among the Red-necked Wallabies (5.6% and 4.2% respectively). Seroconversion for MaHV-1 was seen in 2 out of 21 wallabies suffering from LJD, only 1 of these animals also had antibodies against MaHV-2. The antibody-titres against both of the macropodid herpes viruses also did not differ between Red Kangaroos with and without LJD, therefore a reactivation of a latent herpesvirus infection does not appear to be causative for LJD. In summary, considering the results of this study and previously published literature LJD is an infectious disease caused by gramnegative anaerobic bacteria with Fusobacterium nucleatum, Bacteroides spp., Porphyromonas gingivalis and Fusobacterium necrophorum subsp. necrophorum being of most significance. Recommendations concerning the keeping of kangaroos in captivity and the management of LJD are listed in the conclusion of this thesis. Some radiographs and photos of diseased and healthy kangaroos are attached.